Joniskt obligationsexempel

Den joniska bindningen ges genom närvaron av en katjon och en anjon, kemisk art med elektriska laddningar av motsatta tecken. Det definieras som den elektrostatiska kraften som binder joner i en jonförening.

Atomer av element med låg joniseringsenergi tenderar att bilda katjoner. Däremot tenderar de med hög elektronaffinitet att bilda anjoner.

Alkali- och jordalkalimetallerna är mer benägna att bilda katjoner i jonföreningar, och halogener och syre är mest benägna att bilda anjoner. Som en konsekvens härrör sammansättningen av ett stort antal jonföreningar från kombinationen av en grupp IA eller IIA metall och en halogen eller syre.

Till exempel ger reaktionen mellan litium och fluor litiumfluorid, ett giftigt vitt pulver som används för att sänka smältpunkten för löd och vid tillverkning av keramik. Elektronkonfigurationen för litium är 1s², 2s¹och fluor är 1s², 2s², 2 s⁵. När dessa atomer kommer i kontakt kommer valenselektronen 2s¹ Litium överförs till fluoratomen.

Det är giltigt att anta att proceduren börjar med avskiljningen av elektronen från litium, joniserande detta för att nå den positiva 1+ valensen. Det fortsätter med mottagandet av denna elektron av fluor, vilket ger den en negativ laddning. I slutändan sker bildandet av den joniska bindningen genom elektrostatisk attraktion. Litiumfluoridföreningen kommer att vara elektriskt neutral.

Många vanliga reaktioner leder till bildandet av jonbindningar. Till exempel producerar förbränning av kalcium i syre kalciumoxid:

Den diatomiska syremolekylen separeras i två individuella atomer. Då kommer det att överföras två elektroner från kalciumatomen till varje syreatom. Båda kommer då att ha sina respektive laddningar: för kalcium 2+ för varje atom och för syre 2- för varje atom. Efter slutlig bindning är kalciumoxidmolekylen elektriskt neutral.

Gitterenergi av joniska föreningar

Med joniseringsenergin och elektronaffinitetsvärdena för elementen är det möjligt att förutsäga vad grundämnen bildar jonföreningar, men det är också nödvändigt att utvärdera stabiliteten hos denna typ av föreningar.

Joniseringsenergi och elektronaffinitet definieras för processer som inträffar i gasfasen, även om alla jonföreningar är fasta vid 1 atmosfär av tryck och 25 ° C. Fast tillstånd är ett helt annat tillstånd eftersom varje katjon är omgiven av ett specifikt antal anjoner och vice versa. Följaktligen beror den totala stabiliteten för den fasta jonföreningen på interaktionerna mellan alla joner och inte bara på interaktionen mellan en katjon och en anjon.

Ett kvantitativt mått på stabiliteten hos alla joniska fasta ämnen är dess gitterenergi, som definieras som Energin som krävs för att helt separera en mol av en fast jonförening i dess joner i gasform.

Born-Haber-cykel för att bestämma gitterenergi

Det är inte möjligt att mäta gitterenergi direkt. Om strukturen och sammansättningen av en jonförening är känd är det dock möjligt att beräkna dess gitterenergi genom att tillämpa Coulombs lag, som säger att den potentiella energin mellan två joner är direkt proportionell mot produkten av deras laddningar och omvänt proportionell mot avståndet mellan dem. Att stanna.

Eftersom laddningen av katjonen är positiv och den för anjonen är negativ kommer produkten att ge ett negativt resultat i energi. Detta representerar en exoterm reaktion. Följaktligen måste energi tillföras för att vända processen.

Det är också möjligt att bestämma gitterenergi indirekt om det antas att en jonförening bildas i flera steg. Denna procedur är känd som Born-Haber-cykel, som relaterar gitterenergierna hos jonföreningar med joniseringsenergier, elektronisk affinitet och andra atom- och molekylära egenskaper. Denna metod är baserad på Hesss lag om algebraisk summa av kemiska reaktioner och utvecklades av Max Born och Fritz Haber. Born-Haber-cykeln definierar de olika stadierna som föregår bildandet av ett joniskt fast ämne.

Natriumklorid

Natriumklorid är en jonförening med en smältpunkt på 801 ° C, som leder elektricitet i smält tillstånd och i vattenlösning. Bergsalt är en av källorna till natriumklorid och det finns i underjordiska avlagringar som vanligtvis är flera hundra meter tjocka. Natriumklorid erhålls också från havsvatten eller från saltlösning (en koncentrerad NaCl-lösning) genom solindunstning. Det finns också i naturen i mineralet Halite.

Natriumklorid används mer än något annat material vid tillverkning av oorganiska kemiska föreningar. Världskonsumtionen av detta ämne är cirka 150 miljoner ton per år. Natriumklorid används främst vid produktion av andra oorganiska kemiska föreningar, såsom klorgas, natriumhydroxid, metalliskt natrium, vätgas och natriumkarbonat. Det används också för att smälta is och snö på motorvägar och vägar.