7.1: Az ionos kötés
fejlesztési készségek
- Magyarázza el a kationok, anionok és ionos vegyületek képződését!.
- Megjósolja a közönséges fémes és nem fémes elemek töltését, és írja meg elektronkonfigurációikat
Mint megtudta, az ionok olyan atomok vagy molekulák, amelyek elektromos töltést hordoznak. Kation (pozitív ion) akkor képződik, amikor egy semleges atom elveszít egy vagy több elektronot vegyértékhéjából, és egy anion (negatív ion) akkor keletkezik, amikor egy semleges atom egy vagy több elektronot nyer a vegyértékhéjából.
Az ionokból álló vegyületeket ionos vegyületeknek (vagy sóknak) nevezzük, és alkotó ionjaikat ionos kötések - a kationok és az ellentétes töltésű anionok közötti elektrosztatikus vonzerők - tartják össze. Az ionos vegyületek tulajdonságai rávilágítottak az ionos kötések természetére. Az ionos szilárd anyagok kristályos szerkezetűek, és merevek és törékenyek; magas olvadás- és forráspontjuk is van, ami arra utal, hogy az ionos kötések nagyon erősek. Az ionos szilárd anyagok szintén gyengén vezetik az áramot ugyanezen okból: az ionos kötések erőssége megakadályozza az ionok szabad mozgását szilárd állapotban. A legtöbb ionos szilárd anyag azonban könnyen feloldódik a vízben. Miután feloldódtak vagy megolvadtak, az ionos vegyületek kiváló elektromos és hővezetői, mert az ionok szabadon mozoghatnak.
A semleges atomoknak és a hozzájuk kapcsolódó ionoknak nagyon különböző fizikai és kémiai tulajdonságaik vannak. A nátriumatomok nátrium-fémet képeznek, amely egy lágy, ezüstfehér fém, amely erőteljesen ég a levegőben és robbanásszerűen reagál a vízzel. A klóratomok klórgázt képeznek, a Cl2 zöldessárga gáz, amely rendkívül maró hatású a legtöbb fémre, és nagyon mérgező az állatokra és a növényekre. A nátrium és a klór közötti erőteljes reakció képezi a nátrium-klorid fehér, kristályos vegyületét, amelyet általában asztali sónak nevezünk, amely nátriumkationokat és kloridanionokat tartalmaz (\ (\ PageIndex \) ábra). Az ezen ionok által előállított vegyület tulajdonságai teljesen eltérnek a nátrium- és klórelemek tulajdonságaitól. A klór mérgező, de a nátrium-klorid elengedhetetlen az élethez; a nátriumatomok intenzíven reagálnak a vízzel, de a nátrium-klorid csak vízben oldódik.
Az ionos vegyületek képződése
A bináris ionos vegyületek csak két elemből állnak: egy fémből (amely kationokat képez) és egy nemfémből (amelyek anionokat alkotnak). Például a NaCl egy bináris ionos vegyület. Az ilyen vegyületek képződésére az elemek periódusos tulajdonságai alapján gondolhatunk. Sok fémelem viszonylag alacsony ionizációs potenciállal rendelkezik, és könnyen elveszíti az elektronokat. Ezek az elemek egy periódus bal oldalán vagy a periódusos rendszer egy csoportjának alján találhatók. A nemfémes atomok viszonylag nagy elektronikus affinitással rendelkeznek, és így könnyen megszerzik a fématomok által elveszített elektronokat, és így kitöltik vegyértékhéjaikat. A nem fémes elemek a periódusos rendszer jobb felső sarkában találhatók.
Mivel minden anyagnak elektromosan semlegesnek kell lennie, az ionos vegyület kationjaiban lévő pozitív töltések teljes számának meg kell egyeznie az anionjainak negatív töltéseinek teljes számával. Az ionos vegyület képlete az azonos számú pozitív és negatív töltéshez szükséges ionok számának legegyszerűbb arányát képviseli. Például az alumínium-oxid, az Al2O3 képlete azt jelzi, hogy ez az ionos vegyület két alumínium-kationt tartalmaz, minden három oxid-anionhoz Al 3+ -ot, O 2− [tehát (2 × +3) + (3 × –2) = 0] .
Fontos azonban megjegyezni, hogy az ionos vegyület képlete nem az ionok fizikai elrendeződését jelenti. Helytelen nátrium-klorid (NaCl) „molekulára” hivatkozni, mert önmagában egyetlen nátrium- és kloridion-pár között nincs egyetlen ionos kötés. Az ionok közötti vonzóerők izotrópok, minden irányban azonosak, ami azt jelenti, hogy bármely adott ion egyformán vonzódik az összes ellentétes töltésű közeli ionhoz. Ennek eredményeként az ionok szorosan kötött háromdimenziós rácsszerkezetbe rendeződnek. A nátrium-klorid például egyenlő számú Na + -kation és Cl-anion szabályos elrendezéséből áll (ábra \ (\ PageIndex \)).