Legătură ionică

Teoria legăturii chimice ia loc important în chimia modernă. Ea este explică de ce atomii se combină pentru a forma particule chimice, și face posibilă compararea stabilității acestor particule. Folosind teoria legăturii chimice, poate sa prezice compoziția și structura diferiților compuși. Conceptul de ruperea unor legături chimice și formarea altora stă la baza ideilor moderne despre transformările substanţelor în cursul reacţiilor chimice .

legătură chimică- Acest interacțiunea atomilor , determinarea stabilității unei particule chimice sau cristalul ca un întreg . legătură chimică format prin interacțiune electrostaticăîntre particule încărcate : cationi și anioni, nuclei și electroni. Când atomii se apropie unul de celălalt, forțele atractive încep să acționeze între nucleul unui atom și electronii altuia, precum și forțe de respingere între nuclee și între electroni. Pe oarecare distanta aceste forțele se echilibrează între ele, și se formează o particulă chimică stabilă .

Când se formează o legătură chimică, poate avea loc o redistribuire semnificativă a densității de electroni a atomilor din compus în comparație cu atomii liberi.

În cazul limitativ, aceasta duce la formarea de particule încărcate - ioni (din grecescul „ion” - merge).

1 Interacțiunea ionilor

În cazul în care un atom pierde unul sau câțiva electroni, apoi el se transformă într-un ion pozitiv - cation(tradus din greaca - " merge in jos"). Acesta este cum cationi hidrogen H+, litiu Li+, bariu Ba2+ . Dobândind electroni, atomii se transformă în ioni negativi - anioni(din grecescul "anion" - merge în sus). Exemple de anioni sunt ion fluor F − , ion sulfură S 2− .

Cationiiși anionii poate se atrag unul pe altul. Aceasta dă naștere la legătură chimică, și se formează compuși chimici. Acest tip de legătură chimică se numește legătură ionică :

2 Definiția legăturii ionice

Legătură ionică este o legătură chimică educatîn detrimentul atracție electrostatică între cationiși anionii .

Mecanismul de formare a unei legături ionice poate fi luat în considerare pe exemplul reacției dintre sodiu și clor . Un atom de metal alcalin pierde cu ușurință un electron, A atom de halogen - dobândește. Ca urmare a acestui fapt, acolo cation de sodiuși ion clorură. Ele formează o legătură prin atracție electrostatică între ele .

Interacțiunea dintre cationiși anionii nu depinde de directie, De aceea despre legătura ionică ei vorbesc despre nedirectional. Toata lumea cation poate atrage orice număr de anioni, și viceversa. De aceea legătură ionică este o nesaturat. Număr interacțiunile dintre ionii în stare solidă este limitată doar de mărimea cristalului. Asa de " moleculă " compusul ionic ar trebui considerat întregul cristal .

Pentru aparitie legătură ionică necesar, la suma energiilor de ionizare Ei(a forma un cation)și afinitate electronică A e(pentru formarea de anioni) trebuie sa fie profitabil din punct de vedere energetic. Aceasta este limitează formarea legăturilor ionice de către atomii metalelor active(elementele grupurilor IA și IIA, unele elemente ale grupului IIIA și unele elemente tranzitorii) și nemetale active(halogeni, calcogeni, azot).

Legătura ionică ideală practic nu există. Chiar și în acei compuși care sunt de obicei denumiți ca ionic , nu există un transfer complet de electroni de la un atom la altul ; electronii rămân parțial în uz comun. Da, conexiunea fluorură de litiu cu 80% ionicși cu 20% - covalent. Prin urmare, este mai corect să vorbim despre gradul de ionicitate (polaritate) legătură chimică covalentă. Se crede că cu o diferență electronegativitatea elemente 2.1 comunicare este pornit 50% ionic. La diferenta mai mare compus poate fi considerat ionic .

Modelul ionic al unei legături chimice este utilizat pe scară largă pentru a descrie proprietățile multor substanțe., în primul rând, conexiuni alcalinși metale alcalino-pământoase cu nemetale. Acest lucru se datoreaza ușurința descrierii unor astfel de compuși: cred că sunt construite din sfere încărcate incompresibile, corespunzătoare cationi si anioni. În acest caz, ionii tind să se aranjeze astfel încât forțele de atracție dintre ei să fie maxime, iar forțele de respingere să fie minime.

Legătură ionică- o legătură chimică puternică formată între atomi cu o diferență mare (>1,7 pe scara Pauling) de electronegativitate, cu care perechea de electroni partajată ajunge în întregime la atomul cu electronegativitatea mai mare. Aceasta este atracția ionilor ca corpuri încărcate opus. Un exemplu este compusul CsF, în care „gradul de ionicitate” este de 97%.

Legătură ionică- caz extrem polarizarea unei legături polare covalente. Format între metal tipic și nemetal. În acest caz, electronii din metal transferat complet în nemetal . Se formează ioni.

Dacă se formează o legătură chimică între atomi care au diferență de electronegativitate foarte mare (EO > 1,7 conform lui Pauling), atunci perechea de electroni partajată este complet merge la un atom cu o CE mai mare. Aceasta are ca rezultat formarea unui compus ioni cu încărcare opusă :

Între ionii formați există atracție electrostatică, Care e numit legătură ionică. Mai degrabă, această viziune convenabil. In practica legătură ionicăîntre atomii din în forma sa pură nu se realizează nicăieri sau aproape nicăieri, de obicei, în realitate conexiunea este parțial ionic , și caracter parțial covalent. În același timp, comunicarea ioni moleculari complecși poate fi adesea considerat pur ionic. Cele mai importante diferențe dintre legăturile ionice și alte tipuri de legături chimice sunt nedirecţionalitate şi nesaturare. Acesta este motivul pentru care cristalele formate datorită legăturii ionice gravitează către diferite împachetari apropiate ale ionilor corespunzători.

3 raze ionice

În repaus model electrostatic al legăturii ionice este folosit conceptul razele ionice . Suma razelor cationului și anionului vecin trebuie să fie egală cu distanța internucleară corespunzătoare :

r 0 = r + + r −

În același timp, rămâne obscur unde să ia limita dintre cation și anion . Cunoscut astăzi , că o legătură pur ionică nu există, ca întotdeauna există o suprapunere a norilor de electroni. Pentru calculele razelor ionice folosesc metode de cercetare, care vă permit să determinați densitatea electronilor dintre doi atomi . Distanța internucleară este împărțită într-un punct, Unde densitatea electronică este minimă .

Mărimea ionilor depinde de mulți factori. La sarcina constantă a ionului cu numărul de serie crescând(si in consecinta, sarcina nucleara) raza ionică scade. Acest lucru este deosebit de vizibil în seria lantanidelor, Unde razele ionice se modifică monoton de la 117 pm pentru (La 3+) la 100 pm (Lu 3+) la un număr de coordonare de 6. Acest efect se numește compresia lantanidelor .

LA grupuri de elemente razele ionice cresc în general odată cu creșterea numărului atomic. in orice caz pentru d-elementele perioadei a patra si a cincea datorate compresiei lantanidelor poate apărea chiar şi o scădere a razei ionice(de exemplu, de la 73 pm pentru Zr 4+ la 72 pm pentru Hf 4+ cu un număr de coordonare de 4).

În această perioadă, se constată o scădere vizibilă a razei ionice asociat cu o creștere a atracției electronilor către nucleu cu o creștere simultană a sarcinii nucleului și a încărcăturii ionului în sine: 116 pm pentru Na+, 86 pm pentru Mg2+, 68 pm pentru Al3+ (numărul de coordonare 6). Pentru același motiv o creștere a sarcinii unui ion duce la o scădere a razei ionice pentru un element: Fe 2+ 77 pm, Fe 3+ 63 pm, Fe 6+ 39 pm (numărul de coordonare 4).

Comparaţie razele ionice poate sa efectuate numai cu același număr de coordonare, în măsura în care afectează mărimea ionului datorită forţelor de respingere dintre contraioni. Acest lucru se vede clar în exemplu ion Ag+; raza sa ionică este 81, 114 și 129 p.m pentru numerele de coordonare 2, 4 și 6 , respectiv .

Structura compus ionic perfect, din cauza atracție maximă între ionii diferiți și repulsie minimă între ionii asemănători, în mare măsură determinată de raportul dintre razele ionice ale cationilor și anionilor. Se poate arăta construcții geometrice simple.

4 Energia legăturii ionice

Energie legatăși pentru compusul ionic- Acest energie, in care este eliberat în timpul formării sale din contraionii gazoși la infinit depărtați unul de celălalt . Considerând doar forțele electrostatice, corespunde aproximativ 90% din energia totală de interacțiune, care include și contribuția forțelor neelectrostatice(De exemplu, respingerea învelișurilor de electroni).

Când legătură ionicăîntre doi energie ionică liberă lor Atractia este determinata de legea lui Coulomb :

E(adj.) = q+ q− / (4π r ε),

Unde q+și q−- taxe ionii care interacționează , r - distanța dintre ele , ε - permitivitate medie .

Din moment ce una dintre acuzații negativ, apoi valoare energetică de asemenea va fi negativ .

Conform legea lui Coulomb, pe La distanțe infinitezimale, energia de atracție trebuie să devină infinit de mare. Cu toate acestea, aceasta nu se intampla, la fel de ionii nu sunt sarcini punctuale. La apropierea ionilor între ei există o forță de respingere, din cauza interacțiunea norilor electronici . Energia de repulsie a ionilor descris Ecuația născută :

E (ott.) \u003d B / rn,

Unde LA - unele constante , n poate luați valori de la 5 la 12(depinde de dimensiunea ionilor). Energia totală este determinată de suma energiilor de atracție și repulsie :

E \u003d E (adv.) + E (ott.)

Semnificația lui trece prin minim . Coordonatele punctului minim corespund distanței de echilibru r 0 și energia de echilibru a interacțiunii dintre ioni E 0 :

E0 = q+ q− (1 - 1 / n) / (4π r0 ε)

LA rețea cristalină mereu există mai multe interacțiuni, Cum între o pereche de ioni. Acest număr determinată în primul rând de tipul rețelei cristaline. Pentru contabilizarea tuturor interacțiunilor(slăbirea odată cu creșterea distanței) în expresia for energie ionică rețea cristalină introduceți așa-numita constantă Madelunga A :

E(adj.) = A q+ q− / (4π r ε)

Valoare constantă Madelunga numai determinat geometria zăbrelei si nu depinde de raza și sarcina ionilor. De exemplu, pentru clorura de sodiu este egal cu 1,74756 .

5 polarizarea ionilor

În afară de magnitudinea sarciniiși rază caracteristică importantă si ea sunt ale lui proprietăți de polarizare. Să luăm în considerare această întrebare mai detaliat. La particule nepolare (atomi, ioni, molecule) centrele de greutate ale sarcinilor pozitive și negative coincid. Într-un câmp electric, învelișurile de electroni sunt deplasate în direcția unei plăci încărcate pozitiv și nuclee – în direcția unei plăci încărcate negativ. Din cauza deformarea particulelor ia naștere în ea dipol, ea devine polar .

sursă câmpul electric în compușii cu o legătură de tip ionic sunt ionii înșiși. Prin urmare, vorbind de proprietățile de polarizare ale ionului , necesar făcând diferența efectul de polarizare al unui ion datși capacitatea ea însăși de a polariza într-un câmp electric .

Efectul de polarizare al ionului va fi acela mare, Cum mai mult din câmpul său de forță, adică decât sarcină mai mare și rază ionică mai mică. Prin urmare, în în cadrul subgrupurilorîn Tabelul periodic al elementelor efectul de polarizare al ionilor scade de sus în jos, pentru că în subgrupe cu o valoare constantă a sarcinii ionului de sus în jos, raza acestuia crește .

Asa de efectul de polarizare al ionilor de metale alcaline, de exemplu, crește de la cesiu la litiu, și într-un rând ioni de halogenură - de la I la F. În perioade efectul de polarizare al ionilor crește de la stânga la dreapta impreuna cu o creștere a sarcinii ionuluiși micşorându-şi raza .

Polarizabilitatea ionilor, capacitatea sa de a deformarile cresc odata cu scaderea campului de forta, adică cu o scădere a valorii taxeiși creșterea razei . Polarizabilitate anionică obișnuit superior, Cum cationi iar pe rând halogenuri crește de la F la I .

Pe proprietățile de polarizare ale cationilor redă influențează natura învelișului lor exterior de electroni . Proprietățile de polarizare ale cationilor cum in activ, precum și în simț pasiv la aceeasi taxași o creștere strânsă a razei la trecerea de la cationi cu o înveliș umplut la cationi cu o înveliș exterior neterminat și mai departe la cationi cu o înveliș de 18 electroni.

De exemplu, în seria de cationi Mg 2+ , Ni 2+ , Zn 2+ proprietăți de polarizare intensifica. Acest model este în concordanță cu modificarea razei ionilor și cu structura învelișului său de electroni date în seria:

pentru anioni proprietățile de polarizare se deteriorează in aceasta ordine:

I-, Br-, CI-, CN-, OH-, NO3-, F-, CI04-.

rezultat interacțiunea de polarizare a ionilor este o deformarea învelișurilor lor de electroniși, drept consecință, scurtarea distantelor interioniceși separarea incompletă a negativuluiși sarcini pozitive între ioni.

De exemplu, într-un cristal clorura de sodiu valoarea taxei pe ion de sodiu este +0,9 , și pe ion de clor - 0,9în loc de unitate așteptată. Într-o moleculă KCl situat în stare de vapori, valoare încărcături asupra ionilor de potasiuși clorul este de 0,83 unități de încărcare, și în moleculă acid clorhidric- numai 0,17 unități de încărcare.

Polarizarea ionilor redă efect vizibil asupra proprietăților compușilor cu legătură ionică , coborându-le punctele de topire şi de fierbere , reducerea disocierii electrolitice în soluții și topituri etc. .

Compuși ionici format când interacțiunea elementelor , semnificativ diferit în proprietăți chimice. Cu atât mai mult distanța dintre elementele din tabelul periodic, subiecte în legătura ionică este mai pronunțată în compușii lor . Împotriva, în molecule, format din aceiași atomi sau atomi de elemente care sunt similare ca proprietăți chimice, apărea alte tipuri de comunicare. Asa de teoria legăturii ionice Are utilizare limitată .

6 Efectul polarizării ionilor asupra proprietăților substanțelor și proprietăților legăturilor ionice și compușilor ionici

Idei despre polarizările ionice ajută la explicarea diferențelor în proprietățile multor substanțe similare. De exemplu, comparație clorura de sodiuși potasiu cu clorură de argint arată că atunci când raze ionice apropiate

polarizabilitatea cationului Ag+ având Înveliș exterior de 18 electroni , superior, ce duce la o creștere a rezistenței legăturii metal-clorși solubilitate mai scăzută a clorurii de argint în apă .

Reciproc polarizarea ionilor facilitează distrugerea cristalelor, care duce la scăderea punctelor de topire ale substanţelor. Din acest motiv temperatură de topire TLF (327 oС) semnificativ mai mici decât RbF (798 oC). Temperatura de descompunere a substanțelor va scădea și ea odată cu creșterea polarizării reciproce a ionilor. Asa de iodurile se descompun în general la temperaturi mai scăzute, Cum alte halogenuri, A compuși de litiu - mai puțin stabil din punct de vedere termic , decât compușii altor elemente alcaline .

Deformabilitatea învelișurilor de electroni afectează proprietățile optice ale substanțelor. Cum particule mai polarizate , cu atât energia tranzițiilor electronice este mai mică. În cazul în care un polarizarea este scăzută , excitarea electronilor necesită energie mai mare, care răspunde partea ultravioletă a spectrului. Astfel de substanțe sunt de obicei incolor. În cazul polarizării puternice a ionilor, excitația electronilor are loc la absorbția radiației electromagnetice în regiunea vizibilă a spectrului. Asa de unele substante, format ioni incolori, colorati .

caracteristică compuși ionici servește solubilitate bună în solvenți polari (apă, acizi, etc.). Acest lucru se datorează sarcina părților moleculei. în care dipolii de solvent sunt atrași de capetele încărcate ale moleculei, iar ca urmare mișcare bruniană , « la pachet» moleculă substanțele în părți și înconjoară-le , împiedicând reconectarea. Rezultatul este ioni înconjurați de dipoli de solvent .

Când astfel de compuși sunt dizolvați, de regulă, energia este eliberată, deoarece energia totală a legăturilor formate ionul solvent are mai multă energie de legătură anion-cation. Excepțiile sunt multe săruri ale acidului azotic (nitrați), care absorb căldura atunci când este dizolvat (soluțiile sunt răcite). Acest din urmă fapt se explică pe baza legilor care luate în considerare în chimia fizică .

7 Rețea cristalină

Compuși ionici(de exemplu, clorură de sodiu NaCl) - solidși refractar din cauza între sarcinile ionilor lor("+" și "-") există forte puternice de atractie electrostatica .

Ionul de clorură încărcat negativ atrage Nu numai " A mea " ion Na+, dar de asemenea alți ioni de sodiu din jur. Aceasta este conduce la, ce lângă oricare dintre ioni există mai mult de un ion cu semnul opus , dar câteva(Fig. 1).

Orez. unu. Structură cristalină sare comună NaCl .

De fapt, cam fiecare ionul de clorură este localizat 6 ioni de sodiu, și despre fiecare ion de sodiu - 6 ioni de clorură .

Această împachetare ordonată de ioni se numește cristal ionic. Dacă scoatem în evidență un separat atom de clor, apoi printre atomii de sodiu din jur deja imposibil de găsit unul, care clorul a reactionat.. Atrași unul de celălalt forțe electrostatice , ionii sunt extrem de reticenți în a-și schimba locația sub influența unei forțe externe sau cresterea temperaturii. Dar dacă temperatura este foarte mare (aproximativ 1500°C), apoi NaCl se evaporă, formând molecule diatomice. Acest lucru sugerează că forțe de legătură covalente nu se stinge niciodată complet .

Cristale ionice diferit puncte de topire ridicate, obișnuit band gap semnificativă, poseda conductivitate ionică la temperaturi mariși o serie de proprietăți optice specifice(De exemplu, transparență în spectrul IR apropiat). Ele pot fi construite din monoatomic, și de la ioni poliatomici. Exemplu cristale ionice de primul tip - cristale de halogenură alcalineși metale alcalino-pământoase ; anionii sunt aranjați conform legii celei mai apropiate împachetari sferice sau zidărie densă cu bile , cationii ocupă golurile corespunzătoare. Cel mai caracteristică structurile de acest tip sunt NaCl, CsCl, CaF2. Cristale ionice de al doilea tip construit din cationi monoatomici ai acelorași metale și fragmente anionice finite sau infinite . Anionii terminali(reziduuri acide) - NO3-, SO42-, CO32- și altele . Reziduurile acide pot forma lanțuri nesfârșite , straturi sau formează un cadru tridimensional, în cavităţile cărora sunt localizați cationii, ca, de exemplu, în structurile cristaline ale silicaților. Pentru cristale ionice este posibil să se calculeze energia structurii cristaline U(vezi tabel), aproximativ egal cu entalpia de sublimare; rezultate sunt de acord cu datele experimentale. Conform ecuaţiei Born-Meyer, pentru cristal, constând din ioni încărcați în mod unic :

U \u003d -A / R + Be-R / r - C / R6 - D / R8 + E0

(R - cea mai scurtă distanță interionică , DAR - Madelung constantă , dependent din geometria structurii , LAși r - Opțiuni , descriind repulsia dintre particule , C/R6și D/R8 caracterizează respectivul interacțiunea dipol-dipol și dipol-cvadrupol a ionilor , E 0 - energia punctului zero , e - sarcina electronilor). Cu pe măsură ce cationul crește, contribuția interacțiunilor dipol-dipol crește .

Inapoi inainte

Atenţie! Previzualizarea slide-ului are doar scop informativ și este posibil să nu reprezinte întreaga amploare a prezentării. Dacă sunteți interesat de această lucrare, vă rugăm să descărcați versiunea completă.

Obiectivele lecției:

• Pentru a forma conceptul de legături chimice folosind exemplul unei legături ionice. Pentru a realiza o înțelegere a formării unei legături ionice ca un caz extrem al uneia polare.
• În timpul lecției, asigurați-vă asimilarea următoarelor concepte de bază: ioni (cation, anion), legătură ionică.
• Să dezvolte activitatea mentală a elevilor prin crearea unei situații problematice atunci când studiază material nou.

Sarcini:

• învață să recunoști tipurile de legături chimice;
• repetă structura atomului;
• pentru a investiga mecanismul de formare a legăturii chimice ionice;
• învață cum să întocmești scheme de formare și formule electronice ale compușilor ionici, ecuații de reacție cu denumirea de tranziție a electronilor.

Echipamente Cuvinte cheie: calculator, proiector, resursă multimedia, sistem periodic de elemente chimice D.I. Mendeleev, tabelul „Legătura ionică”.

Tip de lecție: Formarea de noi cunoștințe.

Tip de lecție: lectie multimedia.

X o lecție

eu.Organizarea timpului.

II . Verificarea temelor.

Profesor: Cum pot atomii să preia configurații electronice stabile? Care sunt modalitățile de formare a unei legături covalente?

Student: Legăturile covalente polare și nepolare se formează prin mecanismul de schimb. Mecanismul de schimb include cazurile în care un electron este implicat în formarea unei perechi de electroni din fiecare atom. De exemplu, hidrogen: (diapozitivul 2)

Legătura apare din cauza formării unei perechi de electroni comune datorită unirii electronilor nepereche. Fiecare atom are un electron s. Atomii de H sunt echivalenți și perechile aparțin în mod egal ambilor atomi. Prin urmare, formarea perechilor de electroni comuni (nori de electroni p suprapusi) are loc în timpul formării moleculei F2. (diapozitivul 3)

H record · înseamnă că atomul de hidrogen are 1 electron pe stratul exterior de electroni. Înregistrarea arată că există 7 electroni pe stratul exterior de electroni al atomului de fluor.

În timpul formării moleculei de N 2. Se formează 3 perechi de electroni comuni. Orbitalii p se suprapun. (diapozitivul 4)

Legătura se numește nepolară.

Profesor: Am luat în considerare acum cazurile în care se formează molecule dintr-o substanță simplă. Dar în jurul nostru sunt multe substanțe, o structură complexă. Să luăm o moleculă de fluorură de hidrogen. Cum are loc formarea unei conexiuni în acest caz?

Student: Când se formează o moleculă de fluorură de hidrogen, orbitalul electronului s al hidrogenului și orbitalul electronului p al fluorului H-F se suprapun. (diapozitivul 5)

Perechea de electroni de legătură este deplasată la atomul de fluor, rezultând formarea dipol. Conexiune numită polară.

III. Actualizare de cunoștințe.

Profesor: O legătură chimică apare ca urmare a modificărilor care au loc cu învelișurile exterioare de electroni ale atomilor de legătură. Acest lucru este posibil deoarece straturile de electroni exterioare nu sunt complete în alte elemente decât gazele inerte. Legătura chimică se explică prin dorința atomilor de a dobândi o configurație electronică stabilă, similară cu configurația celui mai „apropiat” gaz inert de ei.

Profesor: Notează o diagramă a structurii electronice a atomului de sodiu (la tablă). (diapozitivul 6)

Student: Pentru a obține stabilitatea învelișului de electroni, atomul de sodiu trebuie fie să renunțe la un electron, fie să accepte șapte. Sodiul își va renunța cu ușurință electronul departe de nucleu și se va lega slab de acesta.

Profesor: Faceți o diagramă a reculului unui electron.

Na° - 1ē → Na+ = Ne

Profesor: Notează o diagramă a structurii electronice a atomului de fluor (la tablă).

Profesor: Cum se realizează finalizarea umplerii stratului electronic?

Student: Pentru a obține stabilitatea învelișului de electroni, atomul de fluor trebuie fie să renunțe la șapte electroni, fie să accepte unul. Din punct de vedere energetic, fluorul este mai favorabil să accepte un electron.

Profesor: Faceți o schemă pentru primirea unui electron.

F° + 1ē → F- = Ne

IV. Învățarea de materiale noi.

Profesorul adresează o întrebare clasei în care este stabilită sarcina lecției:

Există și alte opțiuni în care atomii pot lua configurații electronice stabile? Care sunt modalitățile de formare a unor astfel de conexiuni?

Astăzi vom lua în considerare unul dintre tipurile de legături - legăturile ionice. Să comparăm structura învelișurilor de electroni ale atomilor deja numiți și ale gazelor inerte.

Conversație cu clasa.

Profesor: Ce sarcină aveau atomii de sodiu și fluor înainte de reacție?

Student: Atomii de sodiu și fluor sunt neutri din punct de vedere electric, deoarece. sarcinile nucleelor ​​lor sunt echilibrate de electroni care se rotesc în jurul nucleului.

Profesor: Ce se întâmplă între atomi când dau și primesc electroni?

Student: Atomii dobândesc taxe.

Profesorul dă explicații: În formula unui ion se înregistrează suplimentar încărcarea acestuia. Pentru a face acest lucru, utilizați indicele. În ea, un număr indică valoarea taxei (nu scriu o unitate), apoi un semn (plus sau minus). De exemplu, un ion de sodiu cu o sarcină de +1 are formula Na + (a se citi „sodiu plus”), un ion de fluor cu o sarcină de -1 - F - („fluor minus”), un ion hidroxid cu o sarcină de -1 - OH - ("o-ash-minus"), un ion carbonat cu o sarcină de -2 - CO 3 2- ("tse-o-trei-doi-minus").

În formulele compușilor ionici, notați mai întâi, fără a indica sarcinile, ionii încărcați pozitiv, apoi - încărcați negativ. Dacă formula este corectă, atunci suma încărcărilor tuturor ionilor din ea este egală cu zero.

ion încărcat pozitiv numit cation, și un ion-anion încărcat negativ.

Profesor: Scriem definiția în caiete de lucru:

Si el este o particulă încărcată în care un atom se transformă ca urmare a primirii sau eliberării de electroni.

Profesor: Cum se determină sarcina ionului de calciu Ca 2+?

Student: Un ion este o particulă încărcată electric formată ca urmare a pierderii sau câștigului unuia sau mai multor electroni de către un atom. Calciul are doi electroni la ultimul nivel electronic, ionizarea unui atom de calciu are loc atunci când sunt cedați doi electroni. Ca 2+ este un cation dublu încărcat.

Profesor: Ce se întâmplă cu razele acestor ioni?

În timpul tranziției atom neutru din punct de vedere electric într-o stare ionică, dimensiunea particulelor se schimbă foarte mult. Un atom, renunțând la electronii de valență, se transformă într-o particulă mai compactă - un cation. De exemplu, în timpul tranziției unui atom de sodiu la cationul Na+, care, după cum s-a indicat mai sus, are o structură de neon, raza particulei este mult redusă. Raza unui anion este întotdeauna mai mare decât raza atomului neutru electric corespunzător.

Profesor: Ce se întâmplă cu particulele încărcate opus?

Student: Ionii de sodiu și fluor încărcați opus, care rezultă din tranziția unui electron de la un atom de sodiu la unul de fluor, sunt atrași reciproc și formează fluorură de sodiu. (diapozitivul 7)

Na + + F - = NaF

Schema de formare a ionilor pe care am luat-o în considerare arată cum se formează o legătură chimică între atomul de sodiu și atomul de fluor, care se numește ionic.

Legătură ionică- o legătură chimică formată prin atracția electrostatică a ionilor încărcați opus unul față de celălalt.

Compușii care se formează în acest caz se numesc compuși ionici.

V. Consolidarea materialului nou.

Sarcini pentru consolidarea cunoștințelor și abilităților

1. Comparați structura învelișului electronic al atomului de calciu și al cationului de calciu, al atomului de clor și al anionului clorură:

Comentariu despre formarea unei legături ionice în clorura de calciu:

2. Pentru a finaliza această sarcină, trebuie să vă împărțiți în grupuri de 3-4 persoane. Fiecare membru al grupului ia în considerare un exemplu și prezintă rezultatele întregului grup.

Răspunsul elevilor:

1. Calciul este un element al subgrupului principal al grupului II, un metal. Este mai ușor pentru atomul său să doneze doi electroni exteriori decât să accepte cei șase lipsă:

2. Clorul este un element al subgrupului principal al grupei VII, un nemetal. Este mai ușor pentru atomul său să accepte un electron, de care îi lipsește înainte de finalizarea nivelului exterior, decât să renunțe la șapte electroni de la nivelul exterior:

3. Mai întâi, găsiți cel mai mic multiplu comun dintre sarcinile ionilor formați, acesta este egal cu 2 (2x1). Apoi determinăm câți atomi de calciu trebuie luați, astfel încât să doneze doi electroni, adică un atom de Ca și doi atomi de CI trebuie luați.

4. Schematic, formarea unei legături ionice între atomii de calciu și clor se poate scrie: (diapozitivul 8)

Ca2+ + 2CI - → CaCI2

Sarcini pentru autocontrol

1. Pe baza schemei de formare a unui compus chimic, alcătuiți o ecuație pentru o reacție chimică: (diapozitivul 9)

2. Pe baza schemei de formare a unui compus chimic, alcătuiți o ecuație pentru o reacție chimică: (diapozitivul 10)

3. O schemă pentru formarea unui compus chimic este dată: (diapozitivul 11)

Alegeți o pereche de elemente chimice ai căror atomi pot interacționa în conformitate cu această schemă:

A) N / Ași O;
b) Liși F;
în) Kși O;
G) N / Ași F

Electronii de la un atom se pot transfera complet la altul. Această redistribuire a sarcinilor duce la formarea de ioni încărcați pozitiv și negativ (cationi și anioni). Între ele apare un tip special de interacțiune - o legătură ionică. Să luăm în considerare mai detaliat metoda de formare a acesteia, structura și proprietățile substanțelor.

Electronegativitatea

Atomii diferă în electronegativitate (EO) - capacitatea de a atrage electroni la ei înșiși din învelișurile de valență ale altor particule. Pentru determinarea cantitativă se utilizează scara de electronegativitate relativă propusă de L. Polling (valoare adimensională). Capacitatea de a atrage electroni din atomii de fluor este mai pronunțată decât alte elemente, EO este 4. În scala de sondare, oxigenul, azotul și clorul urmează imediat fluorului. Valorile EO ale hidrogenului și ale altor nemetale tipice sunt egale sau apropiate de 2. Dintre metale, majoritatea au electronegativitate între 0,7 (Fr) și 1,7. Există o dependență a ionicității legăturii de diferența de EO a elementelor chimice. Cu cât este mai mare, cu atât este mai mare probabilitatea ca o legătură ionică să apară. Acest tip de interacțiune este mai frecventă atunci când diferența EO=1,7 și mai sus. Dacă valoarea este mai mică, atunci compușii sunt polari covalenti.

Energie de ionizare

Energia de ionizare (EI) este necesară pentru detașarea electronilor externi legați slab de nucleu. Unitatea de modificare a acestei mărimi fizice este 1 electron volt. Există modele de schimbare a EI în rândurile și coloanele sistemului periodic, în funcție de creșterea sarcinii nucleului. În perioade de la stânga la dreapta, energia de ionizare crește și capătă cele mai mari valori pentru nemetale. În grupuri, scade de sus în jos. Motivul principal este creșterea razei atomului și distanța de la nucleu la electronii exteriori, care se desprind ușor. Apare o particulă încărcată pozitiv - cationul corespunzător. Valoarea EI poate fi folosită pentru a aprecia dacă apare o legătură ionică. Proprietățile depind și de energia de ionizare. De exemplu, metalele alcaline și alcalino-pământoase au valori EI scăzute. Au proprietăți reducătoare (metalice) pronunțate. Gazele inerte sunt inactive din punct de vedere chimic datorită energiei lor mari de ionizare.

afinitate electronică

În interacțiunile chimice, atomii pot atașa electroni pentru a forma o particulă negativă - un anion, procesul este însoțit de eliberarea de energie. Mărimea fizică corespunzătoare este afinitatea electronică. Unitatea de măsură este aceeași cu energia de ionizare (1 electron volt). Dar valorile sale exacte nu sunt cunoscute pentru toate elementele. Halogenii au cea mai mare afinitate electronică. La nivelul exterior al atomilor elementelor - 7 electroni, doar unul lipsește până la un octet. Afinitatea electronică a halogenilor este mare, au proprietăți oxidante (nemetalice) puternice.

Interacțiunile atomilor în formarea unei legături ionice

Atomii care au un nivel extern incomplet sunt într-o stare energetică instabilă. Dorința de a obține o configurație electronică stabilă este principalul motiv care duce la formarea de compuși chimici. Procesul este de obicei însoțit de eliberarea de energie și poate duce la molecule și cristale care diferă ca structură și proprietăți. Metalele puternice și nemetale diferă semnificativ unele de altele într-un număr de indicatori (EO, EI și afinitatea electronilor). Pentru ei, acest tip de interacțiune este mai potrivit ca legătură chimică ionică, în care se mișcă orbitalul molecular unificator (perechea de electroni comună). Se crede că în timpul formării ionilor, metalele transferă complet electroni la nemetale. Rezistența legăturii rezultate depinde de munca necesară pentru a distruge moleculele care alcătuiesc 1 mol din substanța studiată. Această mărime fizică este cunoscută ca energie de legare. Pentru compușii ionici, valorile acestora variază de la câteva zeci la sute de kJ/mol.

Formarea ionilor

Un atom care renunță la electroni în timpul interacțiunilor chimice se transformă într-un cation (+). Particula receptoare este un anion (-). Pentru a afla cum se vor comporta atomii, dacă vor apărea ionii, este necesar să se stabilească diferența dintre CE. Cel mai simplu mod de a efectua astfel de calcule este pentru un compus din două elemente, de exemplu, clorură de sodiu.

Sodiul are doar 11 electroni, configurația stratului exterior este 3s 1 . Pentru a o completa, este mai ușor pentru un atom să renunțe la 1 electron decât să atașeze 7. Structura stratului de valență al clorului este descrisă de formula 3s 2 3p 5. În total, un atom are 17 electroni, 7 sunt externi. Lipsește unul pentru a realiza un octet și o structură stabilă. Proprietățile chimice susțin ipoteza că atomul de sodiu donează și clorul acceptă electroni. Există ioni: pozitivi (cation de sodiu) și negativi (anion de clor).

Legătură ionică

Pierzând un electron, sodiul capătă o sarcină pozitivă și o înveliș stabilă a unui atom al gazului inert neon (1s 2 2s 2 2p 6). Clorul, ca urmare a interacțiunii cu sodiul, primește o sarcină negativă suplimentară, iar ionul repetă structura învelișului atomic al gazului nobil argon (1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6). Sarcina electrică dobândită se numește sarcina ionului. De exemplu, Na+, Ca2+, CI-, F-. Ionii pot conţine atomi ai mai multor elemente: NH 4 + , SO 4 2- . În interiorul unor astfel de ioni complecși, particulele sunt legate printr-un mecanism donor-acceptor sau covalent. Între particulele încărcate opus există o atracție electrostatică. Valoarea sa în cazul unei legături ionice este proporțională cu sarcinile, iar odată cu creșterea distanței dintre atomi, se slăbește. Trăsăturile caracteristice ale unei legături ionice:

• metalele puternice reacţionează cu elementele active nemetalice;
• electronii se deplasează de la un atom la altul;
• ionii rezultați au o configurație stabilă a învelișurilor exterioare;
• Există o atracție electrostatică între particulele încărcate opus.

Rețele cristaline ale compușilor ionici

În reacțiile chimice, metalele din grupele 1, 2 și 3 ale sistemului periodic pierd de obicei electroni. Se formează ioni pozitivi cu una, două și trei încărcări. Nemetalele din grupele a 6-a și a 7-a adaugă de obicei electroni (cu excepția reacțiilor cu fluor). Există ioni negativi încărcați individual și dublu. Costurile energetice pentru aceste procese, de regulă, sunt compensate atunci când se creează un cristal de substanță. Compușii ionici sunt de obicei în stare solidă, formând structuri formate din cationi și anioni încărcați opus. Aceste particule sunt atrase și formează rețele cristaline gigantice în care ionii pozitivi sunt înconjurați de particule negative (și invers). Sarcina totală a unei substanțe este zero, deoarece numărul total de protoni este echilibrat de numărul de electroni al tuturor atomilor.

Proprietățile substanțelor cu legătură ionică

Substanțele cristaline ionice se caracterizează prin puncte ridicate de fierbere și de topire. De obicei, acești compuși sunt rezistenți la căldură. Următoarea caracteristică poate fi găsită atunci când astfel de substanțe sunt dizolvate într-un solvent polar (apă). Cristalele sunt ușor distruse, iar ionii trec într-o soluție care are conductivitate electrică. Compușii ionici sunt, de asemenea, distruși atunci când se topesc. Apar particule încărcate libere, ceea ce înseamnă că topitura conduce curentul electric. Substanțele cu o legătură ionică sunt electroliții - conductori de al doilea fel.

Oxizii și halogenurile metalelor alcaline și alcalino-pământoase aparțin grupului de compuși ionici. Aproape toate sunt utilizate pe scară largă în știință, tehnologie, producție chimică, metalurgie.

Chimie structurală
Legătură chimică:	Aromaticitate | Legătura covalentă | Legătură ionică| Racord metalic | Legătura de hidrogen | Legătura donor-acceptor | Tautomerism
Afișarea structurii:	Grupa functionala | Formula structurală | Formula chimică | ligand
Proprietăți electronice:	Electronegativitate | Afinitate electronică | Energia de ionizare | Dipol | regula octetului
Stereochimie:	Atom asimetric | Izomerie | Configurare | Chiralitate | Conformaţie

Fundația Wikimedia. 2010 .

Vedeți ce este „Legătura chimică ionică” în alte dicționare:

Legătura dintre atomi dintr-o moleculă sau mol. conexiune, care apare fie ca urmare a transferului unui electron de la un atom la altul, fie al socializării electronilor de către o pereche (sau grup) de atomi. Forțele care conduc la X. s. sunt Coulomb, dar X. s. descrie in interiorul... Enciclopedia fizică

LEGĂTURĂ CHIMICĂ- interacțiunea atomilor, în care electronii aparținând a doi atomi (grupuri) diferiți devin comuni (socializați) pentru ambii atomi (grupuri), determinând combinarea lor în molecule și cristale. Există două tipuri principale de X. s .: ionice ... ... Marea Enciclopedie Politehnică

LEGATURA CHIMICA Mecanismul prin care atomii se combina pentru a forma molecule. Există mai multe tipuri de astfel de legături, bazate fie pe atracția sarcinilor opuse, fie pe formarea unor configurații stabile prin schimbul de electroni. ... ... Dicționar enciclopedic științific și tehnic

legătură chimică- LEGĂTURA CHIMĂ, interacțiunea atomilor, determinând legătura lor în molecule și cristale. Forțele care acționează în timpul formării unei legături chimice sunt în principal de natură electrică. Formarea unei legături chimice este însoțită de o rearanjare ...... Dicţionar Enciclopedic Ilustrat

- ... Wikipedia

Atracția reciprocă a atomilor, ducând la formarea de molecule și cristale. Se obișnuiește să se spună că într-o moleculă sau într-un cristal între atomi învecinați există ch. Valența unui atom (care este discutată mai detaliat mai jos) indică numărul de legături ... Marea Enciclopedie Sovietică

legătură chimică- atracția reciprocă a atomilor, ducând la formarea de molecule și cristale. Valența unui atom arată numărul de legături formate de un atom dat cu cele învecinate. Termenul „structură chimică” a fost introdus de academicianul A. M. Butlerov în ... ... Dicţionar Enciclopedic de Metalurgie

Interacțiunea atomilor, care determină legătura lor în molecule și cristale. Această interacțiune duce la o scădere a energiei totale a moleculei sau a cristalului rezultat în comparație cu energia atomilor care nu interacționează și se bazează pe ... ... Marele dicționar politehnic enciclopedic

Legătura covalentă pe exemplul unei molecule de metan: un nivel complet de energie externă pentru hidrogen (H) 2 electroni și pentru carbon (C) 8 electroni. Legătură covalentă formată din nori de electroni cu valență direcționată. Neutru ...... Wikipedia

Legatura chimica este un fenomen de interactiune a atomilor, datorita suprapunerii norilor de electroni, particule de legare, care este insotita de o scadere a energiei totale a sistemului. Termenul „structură chimică” a fost introdus pentru prima dată de A. M. Butlerov în 1861 ...... Wikipedia

Legătură ionică- o legătură chimică formată ca urmare a atracției electrostatice reciproce a ionilor cu încărcare opusă, în care o stare stabilă este atinsă printr-o tranziție completă a densității electronilor totale la un atom al unui element mai electronegativ.

O legătură pur ionică este cazul limită al unei legături covalente.

În practică, o tranziție completă a electronilor de la un atom la altul printr-o legătură nu este realizată, deoarece fiecare element are un EO mai mare sau mai mic (dar nu zero) și orice legătură chimică va fi covalentă într-o oarecare măsură.

O astfel de legătură apare în cazul unei diferențe mari în ER a atomilor, de exemplu, între cationi s-metale din prima si a doua grupa a sistemului periodic si anioni de nemetale din grupele VIA si VIIA (LiF, NaCl, CsF etc.).

Spre deosebire de o legătură covalentă, legătura ionică nu are direcție . Acest lucru se explică prin faptul că câmpul electric al ionului are simetrie sferică, adică. scade cu distanta dupa aceeasi lege in orice directie. Prin urmare, interacțiunea dintre ioni este independentă de direcție.

Interacțiunea a doi ioni de semn opus nu poate duce la compensarea reciprocă completă a câmpurilor lor de forță. Din acest motiv, ei păstrează capacitatea de a atrage ionii de semn opus în alte direcții. Prin urmare, spre deosebire de o legătură covalentă, legătura ionică se caracterizează și prin nesaturabilitate .

Lipsa orientării și saturației legăturii ionice determină tendința de asociere a moleculelor ionice. Toți compușii ionici în stare solidă au o rețea cristalină ionică în care fiecare ion este înconjurat de mai mulți ioni de semn opus. În acest caz, toate legăturile unui ion dat cu ionii vecini sunt echivalente.

conexiune metalica

Metalele se caracterizează printr-o serie de proprietăți speciale: conductivitate electrică și termică, luciu metalic caracteristic, maleabilitate, ductilitate ridicată și rezistență ridicată. Aceste proprietăți specifice ale metalelor pot fi explicate printr-un tip special de legătură chimică numită metalic .

O legătură metalică este rezultatul suprapunerii orbitalilor delocalizați ai atomilor care se apropie unul de celălalt în rețeaua cristalină a unui metal.

Majoritatea metalelor au un număr semnificativ de orbitali liberi și un număr mic de electroni la nivelul electronic exterior.

Prin urmare, este mai favorabil energetic ca electronii să nu fie localizați, ci să aparțină întregului atom de metal. La locurile rețelei ale unui metal, există ioni încărcați pozitiv care sunt cufundați într-un „gaz” de electroni distribuit în tot metalul:

Eu ↔ Me n ++ n .

Între ionii metalici încărcați pozitiv (Me n +) și electronii nelocalizați (n) există o interacțiune electrostatică care asigură stabilitatea substanței. Energia acestei interacțiuni este intermediară între energiile cristalelor covalente și moleculare. Prin urmare, elementele cu o legătură pur metalică ( s-, și p-elemente) se caracterizeaza prin puncte de topire si duritate relativ ridicate.

Prezența electronilor, care se pot mișca liber în jurul volumului cristalului și oferă proprietăți specifice metalului

legătură de hidrogen

legătură de hidrogen – un tip special de interacțiune intermoleculară. Atomii de hidrogen care sunt legați covalent de un atom al unui element care are o valoare mare de electronegativitate (cel mai frecvent F, O, N, dar și Cl, S și C) poartă o sarcină eficientă relativ mare. Ca rezultat, astfel de atomi de hidrogen pot interacționa electrostatic cu atomii acestor elemente.

Deci, atomul H d + al unei molecule de apă este orientat și interacționează în consecință (după cum se arată în trei puncte) cu atomul O d - o altă moleculă de apă:

Legăturile formate de un atom de H situat între doi atomi de elemente electronegative se numesc legături de hidrogen:

d- d+ d-

A − H × × × B

Energia unei legături de hidrogen este mult mai mică decât energia unei legături covalente convenționale (150–400 kJ / mol), dar această energie este suficientă pentru a provoca agregarea moleculelor compușilor corespunzători în stare lichidă, de exemplu, în acid fluorhidric lichid HF (Fig. 2.14). Pentru compușii cu fluor, atinge aproximativ 40 kJ/mol.

Orez. 2.14. Agregarea moleculelor de HF datorită legăturilor de hidrogen

Lungimea legăturii de hidrogen este, de asemenea, mai mică decât lungimea legăturii covalente. Deci, în polimerul (HF) n, lungimea legăturii F−H este de 0,092 nm, iar legătura F∙∙∙H este de 0,14 nm. Pentru apă, lungimea legăturii O−H este de 0,096 nm, iar lungimea legăturii O∙∙∙H este de 0,177 nm.

Formarea legăturilor de hidrogen intermoleculare duce la o modificare semnificativă a proprietăților substanțelor: creșterea vâscozității, constanta dielectrică, punctele de fierbere și de topire.