Przykład wiązania jonowego

Wiązanie jonowe jest nadawane przez obecność kationów i anionów, związków chemicznych z ładunkami elektrycznymi o przeciwnych znakach. Definiuje się ją jako siłę elektrostatyczną, która wiąże jony w związku jonowym.

Atomy pierwiastków o niskich energiach jonizacji mają tendencję do tworzenia kationów. Natomiast te o wysokim powinowactwie do elektronów mają tendencję do tworzenia anionów.

Metale alkaliczne i metale ziem alkalicznych częściej tworzą kationy w związkach jonowych, a halogeny i tlen najczęściej tworzą aniony. W konsekwencji skład wielu różnorodnych związków jonowych wynika z połączenia metalu z grupy IA lub IIA i halogenu lub tlenu.

Na przykład w wyniku reakcji litu i fluoru powstaje fluorek litu, trujący biały proszek używany do obniżania temperatury topnienia lutu oraz do produkcji ceramiki. Konfiguracja elektronowa litu to 1s², 2s¹, a fluoru to 1s², 2s², 2 godz⁵. Kiedy te atomy zetkną się, elektron walencyjny 2s¹ Lit jest przenoszony na atom fluoru.

Można założyć, że procedura rozpoczyna się od oderwania elektronu litu, jonizując go do dodatniej wartościowości 1+. Kontynuuje odbiór tego elektronu przez fluor, który nadaje mu ładunek ujemny. W końcu tworzenie wiązania jonowego następuje przez przyciąganie elektrostatyczne. Związek fluorku litu będzie obojętny elektrycznie.

Wiele typowych reakcji prowadzi do powstania wiązań jonowych. Na przykład spalanie wapnia w tlenie wytwarza tlenek wapnia:

Dwuatomowa cząsteczka tlenu rozdziela się na dwa pojedyncze atomy. Wtedy nastąpi przeniesienie dwóch elektronów z atomu wapnia na każdy atom tlenu. Oba będą miały wtedy swoje odpowiednie ładunki: dla wapnia 2+ dla każdego atomu i dla tlenu 2 dla każdego atomu. Po ostatecznym związaniu cząsteczka tlenku wapnia jest elektrycznie obojętna.

Energia sieciowa związków jonowych

Dzięki wartościom energii jonizacji i powinowactwa elektronowego pierwiastków można przewidzieć co pierwiastki tworzą związki jonowe, ale konieczna jest również ocena stabilności tego typu związki.

Energia jonizacji i powinowactwo elektronowe są określone dla procesów zachodzących w fazie gazowej, chociaż wszystkie związki jonowe są stałe przy ciśnieniu 1 atmosfery i temperaturze 25°C. Stan stały to zupełnie inny stan, ponieważ każdy kation otoczony jest określoną liczbą anionów i odwrotnie. W konsekwencji ogólna stabilność stałego związku jonowego zależy od oddziaływań wszystkich jonów, a nie tylko od oddziaływania kationu z anionem.

Ilościową miarą stabilności dowolnego jonowego ciała stałego jest jego energia sieciowa, który jest zdefiniowany jako Energia potrzebna do całkowitego rozdzielenia mola stałego związku jonowego na jego jony w stanie gazowym.

Cykl Borna-Habera do określenia energii sieciowej

Nie ma możliwości bezpośredniego pomiaru energii sieci. Jeśli jednak znana jest struktura i skład związku jonowego, można obliczyć jego energię sieciową, stosując prawo Coulomba, które stwierdza, że ​​energia potencjalna między dwoma jonami jest wprost proporcjonalna do iloczynu ich ładunków i odwrotnie proporcjonalna do odległości między nimi. Zatrzymać.

Ponieważ ładunek kationu jest dodatni, a anion ujemny, produkt da ujemny wynik w energii. Reprezentuje to reakcję egzotermiczną. W konsekwencji, aby odwrócić ten proces, trzeba dostarczyć energię.

Możliwe jest również wyznaczanie energii sieci pośredniej, jeśli założy się, że związek jonowy powstaje w kilku etapach. Ta procedura jest znana jako Cykl Borna-Habera, który wiąże energię sieciową związków jonowych z energiami jonizacji, powinowactwem elektronowym i innymi właściwościami atomowymi i molekularnymi. Metoda ta jest oparta na prawie algebraicznej sumy reakcji chemicznych Hessa i została opracowana przez Maxa Borna i Fritza Habera. Cykl Borna-Habera definiuje różne etapy poprzedzające powstanie jonowego ciała stałego.

Chlorek sodu

Chlorek sodu to związek jonowy o temperaturze topnienia 801°C, który w stanie stopionym oraz w roztworze wodnym przewodzi prąd elektryczny. Sól kamienna jest jednym ze źródeł chlorku sodu i znajduje się w podziemnych złożach, często o grubości kilkuset metrów. Chlorek sodu jest również otrzymywany z wody morskiej lub solanki (stężony roztwór NaCl) poprzez odparowanie słoneczne. Występuje również w naturze w minerale zwanym Halite.

Chlorek sodu jest używany częściej niż jakikolwiek inny materiał do produkcji nieorganicznych związków chemicznych. Światowe zużycie tej substancji wynosi około 150 milionów ton rocznie. Chlorek sodu jest używany głównie do produkcji innych nieorganicznych związków chemicznych, takich jak chlor gazowy, wodorotlenek sodu, sód metaliczny, gazowy wodór i węglan sodu. Służy również do topienia lodu i śniegu na autostradach i drogach.