IONSKA VEZ: ZNAČILNOSTI, NAČIN NASTAJANJA IN PRIMERI - KEMIJA - 2026

Ionsko vez je vrsta kemijske vezi, v katerih je elektrostatični privlačnost med nasprotno nabitih ionov. Se pravi, pozitivno nabit ion tvori vez z negativno nabitim ionom, ki prenaša elektrone iz enega atoma na drugega.

Ta vrsta kemijske vezi se pojavi, ko valenčni elektroni iz enega atoma trajno preidejo v drug atom. Atom, ki izgubi elektrone, postane kation (pozitivno nabit), tisti, ki pridobi elektrone, pa postane anion (negativno nabit).

Primer jonske vezi: natrijev fluorid. Natrij izgubi en valenčni elektron in ga prepusti fluoru. Wdcf

Koncept jonske vezi

Ionska vez je tista, s katero medsebojno delujejo električno nabiti delci, imenovani ioni, da nastanejo ionske trdne snovi in ​​tekočine. Ta vez je produkt elektrostatičnih interakcij med sto milijoni ionov in ni omejena na le nekaj njih; to pomeni, da presega privlačnost med pozitivnim nabojem proti negativnemu naboju.

Vzemimo za primer natrijev klorid ionske spojine NaCl, bolj znan kot namizna sol. V NaCl prevladuje ionska vez, zato jo sestavljajo Na ⁺ in Cl ^- ioni . Na ⁺ je pozitivni ion ali kation, medtem ko je Cl ^- (klorid) negativni ion ali anion.

Na + in Cl-ioni v natrijevem kloridu so združeni z ionsko vezjo. Vir: Eyal Bairey preko Wikipedije.

Tako Na ⁺ kot Cl ^- privlačita, da sta nasprotno električna naboja. Razdalja med temi ioni omogoča, da se drugi zbližajo, tako da se pojavijo pari in pari NaCl. Kationi Na ^{+ se} bodo odganjali, ker so enaki naboji, med seboj pa se dogaja s Cl ^- anioni .

Prihaja čas, ko se milijonom Na ⁺ in Cl ^- ionov uspe poenotiti, združiti in ustvariti čim bolj stabilno strukturo; enega, ki ga ureja ionsko vezanje (zgornja slika). Kationi Na ⁺ so manjši od Cl ^- anionov zaradi naraščajoče učinkovite jedrske sile njihovega jedra na zunanje elektrone.

Jonska vez NaCl. Rhannosh / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Za ionsko vez je značilno, da vzpostavlja urejene strukture, pri katerih je razdalja med ioni (Na ⁺ in Cl ^- v primeru NaCl) majhna v primerjavi z drugimi trdnimi snovmi. Torej govorimo o ionski kristalni strukturi.

Kako nastane ionska vez?

Ionsko vezanje poteka le, če pride do porazdelitve elektronov, tako da nastanejo naboji ionov. Ta vrsta vezi se nikoli ne more pojaviti med nevtralnimi delci. Obvezno morajo biti kationi in anioni. Toda od kod prihajajo?

Ionska vez ilustracija. a) Natrij ima neto negativen naboj. b) Natrij odda elektron kloru. Natrij ostaja z neto pozitivnim nabojem, klor pa z neto negativnim nabojem, ki ustvarja ionsko vez. Ta vrsta vezi med milijoni Na in Cl atomov povzroča fizično sol. OpenStax College / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

Obstaja veliko poti, po katerih ioni izvirajo, v bistvu pa mnogi temeljijo na reakciji oksidacije-redukcije. Večina anorganskih ionskih spojin je sestavljena iz kovinskega elementa, ki je povezan z nekovinskim elementom (tisti v p bloku periodične tabele).

Kovina mora oksidirati, izgubiti elektrone, da postane kation. Po drugi strani se nekovinski element zmanjša, pridobi te elektrone in postane anion. Naslednja slika ponazarja to točko za tvorbo NaCl iz atomov natrija in klora:

Nastanek ionske vezi. Vir: Shafei na arabski Wikipediji / Javna domena

At Na daje enemu od valenčnih elektronov Cl. Ko pride do te porazdelitve elektronov, nastanejo Na ⁺ in Cl ^- ioni , ki se začnejo takoj in elektrostatično privlačiti.

Zato se pravi, da Na ⁺ in Cl ^- ne delita nobenega para elektronov, za razliko od tistega, kar bi lahko pričakovali za hipotetično kovalentno vez Na-Cl.

Lastnosti jonske vezi

Ionska vez je ne usmerjena, to pomeni, da njena sila ni prisotna v eni smeri, temveč se širi skozi prostor kot funkcija razdalj, ki ločujejo ione. To dejstvo je pomembno, saj pomeni, da so ioni močno vezani, kar pojasnjuje več fizikalnih lastnosti ionskih trdnih snovi.

Tališče

Ionska vez je odgovorna, da se sol stopi pri temperaturi 801 ° C. Ta temperatura je v primerjavi s tališči različnih kovin občutno visoka.

To je zato, ker mora NaCl absorbirati dovolj toplote, da lahko njeni ioni prosto iztekajo iz kristalov; torej je treba premagati privlačnosti med Na ⁺ in Cl ^- .

Vrelišče

Tališča in vrelišča ionskih spojin so še posebej visoke zaradi močnih elektrostatičnih interakcij: njihove ionske vezi. Ker pa ta vez vključuje veliko ionov, se to vedenje ponavadi pripiše medmolekularnim silam in ne pravilno ionski vezi.

V primeru soli, ko se NaCl stopi, dobimo tekočino, sestavljeno iz istih začetnih ionov; šele zdaj se svobodneje gibljejo. Ionska vez je še vedno prisotna. Na ⁺ in Na ^- Cl ^- ioni se srečujejo na površini tekočine in ustvarjajo visoko površinsko napetost, kar preprečuje, da bi ioni ušli v plinsko fazo.

Zato mora staljena sol še bolj povišati svojo temperaturo, da zavre. Vrelišče NaCl je 1465 ° C. Pri tej temperaturi toplota presega privlačnosti med Na ⁺ in Cl ^- v tekočini, zato se začnejo tvoriti hlapi NaCl s tlakom, enakim atmosferskemu.

Elektronegativnost

Prej je bilo rečeno, da se ionska vez tvori med kovinskim elementom in nekovinskim elementom. Skratka: med kovino in nekovino. To je običajno tako, da gre za anorganske ionske spojine; zlasti binarnega tipa, kot je NaCl.

Da bi prišlo do delitve elektronov (Na ⁺ Cl ^- ) in ne do delitve (Na-Cl), mora obstajati velika razlika v elektronegativnosti med obema atomoma. V nasprotnem primeru med njima ne bi prišlo do ionske vezi. Morda se Na in Cl zbližata, medsebojno delujeta, vendar takoj Cl zaradi večje elektronegativnosti "vzame" elektron iz Na.

Vendar ta scenarij velja samo za binarne spojine, MX, kot je NaCl. Za druge soli ali ionske spojine so njihovi procesi tvorjenja bolj zapleteni in do njih ni mogoče pristopiti s čisto atomske ali molekularne perspektive.

Vrste

Ni različnih vrst ionskih vezi, saj je elektrostatični pojav čisto fizičen in spreminja le način interakcije ionov ali število atomov, ki jih imajo; torej, če gre za monatomske ali večatomske ione. Prav tako vsak element ali spojina izvira iz značilnega iona, ki določa naravo spojine.

V razdelku primerov se bomo podrobneje poglobili v to točko in razvidno je, da je ionska vez v vseh spojinah enaka. Kadar to ni izpolnjeno, rečemo, da ima ionska vez določen kovalenten značaj, kar velja za številne soli prehodnih kovin, kjer se anioni usklajujejo s kationi; na primer, FeCl ₃ (Fe ³⁺ -Cl ^- ).

Primeri ionskih vezi

Spodaj bo naštetih več ionskih spojin, njihovi ioni in deleži pa bodo izpostavljeni:

- Magnezijev klorid

MgCl ₂ (Mg ²⁺ Cl ^- ), v razmerju 1: 2 (Mg ²⁺ : 2 Cl ^- )

- Kalijev fluorid

KF, (K ⁺ F ^- ), v razmerju 1: 1 (K ⁺ : F ^- )

- Natrijev sulfid

Na ₂ S, (Na ⁺ S ^2- ) v razmerju 2: 1 (2Na ⁺ : S ^2- )

- Lito hidroksid

LiOH, (Li ⁺ OH ^- ), v razmerju 1: 1 (Li ⁺ : OH ^- )

- Kalcijev fluorid

CaF ₂ , (Ca ²⁺ F ^- ), v razmerju 1: 2 (Ca ²⁺ : 2F ^- )

- Natrijev karbonat

Na ₂ CO ₃ , (Na ⁺ CO ₃ ^2- ), v razmerju 2: 1 (2Na ⁺ : CO ₃ ^2- )

- Kalcijev karbonat

CaCO ₃ , (Ca ²⁺ CO ₃ ^2- ), v razmerju 1: 1 (Ca ²⁺ : CO ₃ ^2- )

- kalijev permanganat

KMnO ₄ , (K ⁺ MnO ₄ ^- ), v razmerju 1: 1 (K ⁺ : MnO ₄ ^- )

- Bakrov sulfat

CuSO ₄ , (Cu ²⁺ SO ₄ ^2- ), v razmerju 1: 1 (Cu ²⁺ : SO ₄ ^2- )

- Barijev hidroksid

Ba (OH) ₂ , (Ba ²⁺ OH ^- ), v razmerju 1: 2 (Ba ²⁺ : OH ^- )

- Aluminijev bromid

AlBr ₃ , (Al ³⁺ Br ^- ), v razmerju 1: 3 (Al ³⁺ : 3Br ^- )

- železov (III) oksid

Fe ₂ O ₃ , (Fe ³⁺ O ^2- ), v razmerju 2: 3 (2Fe ³⁺ : 3O ^2- )

- Stroncijev oksid

SrO, (Sr ²⁺ O ^2- ), v razmerju 1: 1 (Sr ²⁺ : O ^2- )

- Srebrni klorid

AgCl, (Ag ⁺ Cl ^- ), v razmerju 1: 1 (Ag ⁺ : Cl ^- )

- Drugi

CH ₃ COONa, (CH ₃ COONa ⁺ ), v razmerju 1: 1 (CH ₃ COO ^- : Na ⁺ )

- NH ₄ I, (NH ₄ ⁺ I ^- ), v razmerju 1: 1 (NH ₄ ⁺ : I ^- )

Vsaka od teh spojin ima ionsko vez, kjer se milijoni ionov, ki ustrezajo njihovim kemijskim formulam, elektrostatično privlačijo in tvorijo trdno snov. Večja kot je jakost njegovih ionskih nabojev, močnejše so elektrostatične privlačnosti in odbojnosti.

Zato je ionska vez močnejša, večji so naboji ionov, ki sestavljajo spojino.

Rešene vaje

Tu je nekaj vaj, ki v praksi uveljavijo osnovno znanje ionskega vezanja.

- Vaja 1

Katera od naslednjih spojin je ionska? Možnosti so: HF, H ₂ O, NaH, H ₂ S, NH _3, in MgO.

Ionska spojina mora po definiciji imeti ionsko vez. Večja kot je razlika v elektronegativnosti med njenimi sestavnimi elementi, večji je ionski značaj omenjene vezi.

Zato so načeloma izključene možnosti, ki nimajo kovinskega elementa: HF, H ₂ O, H ₂ S in NH ₃ . Vse te spojine so sestavljene samo iz nekovinskih elementov. NH ₄ ⁺ kation je izjema od tega pravila, saj nima kovin.

Preostale možnosti so NaH in MgO, ki imajo kovine Na in Mg, pritrjene na nekovinske elemente. NaH (Na ⁺ H ^- ) in MgO (Mg ²⁺ O ^2- ) sta ionske spojine.

- Vaja 2

Vzemimo naslednjo hipotetično spojino: Ag (NH ₄ ) ₂ CO ₃ I. Kakšni so njeni ioni in v kakšnem deležu jih najdemo v trdni snovi?

Razgradnjo spojine v svojih ionov imamo: Ag ⁺ , NH ₄ ⁺ , CO ₃ ^2- in I ^- . Ti so spojeni elektrostatično po razmerju 1: 2: 1: 1 (Ag ⁺ : 2NH ₄ ⁺ : CO ₃ ^2- : I ^- ). To pomeni, da je količina kationov NH ₄ ⁺ dvojna od količine Ag ⁺ , CO ₃ ^2- in I ^- ionov .

- Vaja 3

KBr je sestavljen iz K ⁺ in Br ^- ionov z veliko napolnjenostjo. Nato ima CaS iona Ca ²⁺ in S ^2- z naboji dvojne jakosti, zato bi lahko mislili, da je ionska vez v CaS močnejša kot v KBr; in tudi močnejši od Na ₂ SO ₄ , saj je slednji sestavljen iz Na ⁺ in SO ₄ ^2- ionov .

Tako CaS kot CuO imata enako močno ionsko vez, saj vsebujeta ione z naboji z dvojno magnitudo. Nato imamo AlPO ₄ z Al ³⁺ in PO ₄ ^3- ioni . Ti ioni imajo trojno magnitudo naboja, zato bi morala biti ionska vez v AlPO ₄ močnejša kot pri vseh prejšnjih možnostih.

In končno imamo zmagovalca Pb ₃ P ₄ , ker če predpostavimo, da je sestavljen iz ionov, ti postanejo Pb ⁴⁺ in P ^3- . Njihovi naboji so najvišji; zato, Pb ₃ P ₄ je spojina, ki ima verjetno najmočnejši ionsko vez.

Reference

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemija (8. izd.). CENGAGE Učenje.
2. Shiver & Atkins. (2008). Anorganska kemija. (Četrta izdaja). Mc Graw Hill.
3. Wikipedija. (2020). Jonsko vezanje. Pridobljeno: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, dr. (11. februar 2020). Ionske proti kovalentnim obveznicam - razumeti razliko. Pridobljeno: misel.com
5. Uredniki Encyclopeedia Britannica. (31. januar 2020). Jonska vez. Encyclopædia Britannica. Pridobljeno: britannica.com
6. Kemični slovar. (2017). Opredelitev ionskega lepljenja. Pridobljeno: chemicool.com