Ionikus kötés példa

Az ionos kötést kation és anion jelenléte adja, ellentétes előjelű elektromos töltésekkel rendelkező kémiai fajok. Meghatározzák azt az elektrosztatikus erőt, amely megköti az ionvegyületben lévő ionokat.

Az alacsony ionizációs energiájú elemek atomjai általában kationokat alkotnak. Ezzel szemben a nagy elektron-affinitással rendelkezők hajlamosak anionokat alkotni.

Az alkáli- és alkáliföldfémek nagyobb valószínűséggel képeznek kationokat az ionos vegyületekben, a halogének és az oxigén a legvalószínűbben anionokat. Ennek eredményeként az ionos vegyületek sokféle összetétele az IA vagy IIA csoport fémjeinek és egy halogén vagy oxigén kombinációjának eredményeként jön létre.

Például a lítium és a fluor reakciója lítium-fluoridot eredményez, amely mérgező fehér por, amelyet a forrasztási anyag olvadáspontjának csökkentésére és kerámia gyártására használnak. A lítium elektronkonfigurációja 1 s², 2s¹, és a fluor értéke 1 másodperc², 2s², 2 P⁵. Amikor ezek az atomok érintkezésbe kerülnek, a 2 vegyérték elektron¹ A lítium átkerül a fluoratomba.

Helyes feltételezni, hogy az eljárás azzal kezdődik, hogy az elektron leválik a lítiumról, ezt ionizálva a pozitív 1+ vegyérték eléréséhez. Ennek az elektronnak a fluor általi vételével folytatódik, ami negatív töltést ad neki. Végül az ionos kötés kialakulása elektrosztatikus vonzerővel történik. A lítium-fluorid vegyület elektromosan semleges.

Számos gyakori reakció vezet ionos kötések kialakulásához. Például a kalcium oxigénben történő elégetése kalcium-oxidot eredményez:

A diatomi oxigénmolekula két különálló atomra válik szét. Ezután két elektron száll át a kalciumatomról az egyes oxigénatomokra. Ekkor mindkettőnek megvannak a saját töltései: a kalcium 2+ minden atomhoz és az oxigén 2 az egyes atomokhoz. A végső kötés után a kalcium-oxid molekula elektromosan semleges.

Az ionos vegyületek rácsenergiája

Az elemek ionizációs energia- és elektron-affinitási értékeivel meg lehet jósolni, hogy mi elemek ionvegyületeket képeznek, de az ilyen típusú stabilitást is értékelni kell vegyületek.

Az ionizációs energiát és az elektron-affinitást a gázfázisban lejátszódó folyamatokra határozzuk meg, bár minden ionos vegyület szilárd 1 atmoszféra nyomáson és 25 ° C-on. A szilárd állapot nagyon eltérő állapot, mivel minden kationt meghatározott számú anion vesz körül és fordítva. Következésképpen a szilárd ionos vegyület általános stabilitása az összes ion kölcsönhatásától függ, és nem csak a kation és az anion kölcsönhatásától.

Bármely ionos szilárd anyag stabilitásának kvantitatív mértéke rácsenergia, amelynek meghatározása a következő: A szilárd ionos vegyület egy móljának teljes elválasztásához szükséges energia az ionjaihoz gáz halmazállapotban.

Born-Haber ciklus a rácsenergia meghatározásához

A rácsenergiát közvetlenül nem lehet mérni. Ha azonban egy ionos vegyület szerkezete és összetétele ismert, megvalósítható a rácsenergiájának kiszámítása Coulomb-törvény alkalmazásával, amely kijelenti, hogy a két ion közötti potenciális energia egyenesen arányos a töltéseik szorzatával és fordítva arányos a köztük lévő távolsággal. Megállni.

Mivel a kation töltése pozitív, az anioné pedig negatív, a termék negatív eredményt ad az energiában. Ez exoterm reakciót jelent. Következésképpen a folyamat megfordításához energiát kell szolgáltatni.

A rácsenergia közvetett meghatározása akkor is megvalósítható, ha feltételezzük, hogy egy ionos vegyület több lépésben képződik. Ez az eljárás néven ismert Born-Haber ciklus, amely az ionos vegyületek rácsenergiáit összekapcsolja az ionizációs energiákkal, az elektronikus affinitással és más atomi és molekuláris tulajdonságokkal. Ez a módszer a kémiai reakciók algebrai összegének Hess-törvényén alapszik, és Max Born és Fritz Haber fejlesztette ki. A Born-Haber ciklus meghatározza azokat a különböző szakaszokat, amelyek megelőzik az ionos szilárd anyag képződését.

Nátrium-klorid

A nátrium-klorid olyan ionos vegyület, amelynek olvadáspontja 801 ° C, amely olvadt állapotban és vizes oldatban vezeti az áramot. A kősó a nátrium-klorid egyik forrása, és általában több száz méter vastag földalatti lerakódásokban található meg. A nátrium-kloridot tengervízből vagy sóoldatból (tömény NaCl-oldat) is előállítják nappárologtatással. A természetben megtalálható a halit nevű ásványban is.

A nátrium-kloridot minden más anyagnál jobban használják szervetlen kémiai vegyületek előállításához. Ennek az anyagnak a világon történő fogyasztása évi 150 millió tonna. A nátrium-kloridot főleg más szervetlen kémiai vegyületek, például klórgáz, nátrium-hidroxid, fémes nátrium, hidrogéngáz és nátrium-karbonát előállítására használják. Jég és hó olvadására használják autópályákon és utakon is.