Primjer jonske veze

Jonska veza daje se prisutnošću kationa i aniona, kemijskih vrsta s električnim nabojima suprotnih znakova. Definira se kao elektrostatička sila koja veže ione u ionskom spoju.

Atomi elemenata s niskim energijama ionizacije teže stvaranju kationa. Suprotno tome, oni s visokim elektronskim afinitetom teže stvaranju aniona.

Alkalni i zemnoalkalijski metali vjerojatnije tvore katione u ionskim spojevima, a halogeni i kisik najvjerojatnije tvore anione. Kao posljedica toga, sastav velikog broja ionskih spojeva proizlazi iz kombinacije metala skupine IA ili IIA i halogena ili kisika.

Na primjer, reakcijom između litija i fluora nastaje litijev fluorid, otrovno bijeli prah koji se koristi za snižavanje tališta lema i u proizvodnji keramike. Elektronska konfiguracija litija je 1s², 2s¹, a fluor je 1s², 2s², 2 str⁵. Kad ovi atomi dođu u kontakt, valentni elektron 2s¹ Litij se prenosi na atom fluora.

Valja pretpostaviti da postupak započinje odvajanjem litijevog elektrona, ionizirajući ga da bi se postigla pozitivna valencija 1+. Nastavlja se primanjem ovog elektrona od strane fluora, što mu daje negativni naboj. Na kraju nastajanje ionske veze događa se elektrostatičkim privlačenjem. Spoj litij-fluorida bit će električno neutralan.

Mnoge uobičajene reakcije dovode do stvaranja ionskih veza. Na primjer, izgaranjem kalcija u kisiku nastaje kalcijev oksid:

Dvoatomna molekula kisika odvaja se u dva pojedinačna atoma. Tada će doći do prijenosa dva elektrona s atoma kalcija na svaki atom kisika. Obojica će tada imati svoje naboje: za kalcij 2+ za svaki atom i za kisik 2 za svaki atom. Nakon konačnog vezivanja, molekula kalcijevog oksida električki je neutralna.

Energija rešetke jonskih spojeva

S vrijednostima energije ionizacije i afiniteta elektrona elemenata moguće je predvidjeti što elementi tvore ionske spojeve, ali također je potrebno procijeniti stabilnost ove vrste spojevi.

Energija jonizacije i afinitet elektrona definirani su za procese koji se odvijaju u plinskoj fazi, iako su svi ionski spojevi čvrsti pri tlaku od 1 atmosfere i 25 ° C. Čvrsto stanje je vrlo različito stanje jer je svaki kation okružen određenim brojem aniona i obrnuto. Slijedom toga, ukupna stabilnost čvrstog ionskog spoja ovisi o interakcijama svih iona, a ne samo o interakciji kationa s anionom.

Kvantitativna mjera stabilnosti bilo koje ionske krutine je njezina rešetkasta energija, koji je definiran kao Energija potrebna za potpuno odvajanje mola čvrstog ionskog spoja na svoje ione u plinovitom stanju.

Born-Haberov ciklus za određivanje energije rešetke

Nije moguće izravno izmjeriti energiju rešetke. Međutim, ako su struktura i sastav ionskog spoja poznati, moguće je izračunati njegovu energiju rešetke primjenom Coulomb-ovog zakona koji navodi da je potencijalna energija između dvaju iona izravno proporcionalna umnošku njihovih naboja i obrnuto proporcionalna udaljenosti između njih. Zaustaviti.

Budući da je naboj kationa pozitivan, a naboj aniona negativan, proizvod će dati negativan rezultat u energiji. To predstavlja egzotermnu reakciju. Slijedom toga, za preokretanje procesa mora se isporučiti energija.

Također je moguće neizravno odrediti energiju rešetke ako se pretpostavi da ionski spoj nastaje u nekoliko faza. Ovaj postupak poznat je pod nazivom Born-Haberov ciklus, koji povezuje energije rešetke ionskih spojeva s energijama ionizacije, elektroničkim afinitetom i ostalim atomskim i molekularnim svojstvima. Ova se metoda temelji na Hessovom zakonu algebarske sume kemijskih reakcija, a razvili su je Max Born i Fritz Haber. Born-Haberov ciklus definira različite faze koje prethode nastanku ionske krutine.

Natrijev klorid

Natrijev klorid je ionski spoj s talištem od 801 ° C, koji provodi električnu energiju u rastaljenom stanju i u vodenoj otopini. Kamena sol jedan je od izvora natrijevog klorida i nalazi se u podzemnim naslagama koje su obično debele nekoliko stotina metara. Natrijev klorid se također dobiva iz morske vode ili salamure (koncentrirana otopina NaCl) solarnim isparavanjem. Također, u prirodi se nalazi u mineralu zvanom Halite.

Natrijev klorid se koristi više od bilo kojeg drugog materijala u proizvodnji anorganskih kemijskih spojeva. Svjetska potrošnja ove tvari iznosi oko 150 milijuna tona godišnje. Natrijev klorid koristi se uglavnom u proizvodnji drugih anorganskih kemijskih spojeva, kao što su plinoviti klor, natrijev hidroksid, metalni natrij, plinoviti vodik i natrijev karbonat. Također se koristi za otapanje leda i snijega na autocestama i cestama.