IONOS KÖTÉS: JELLEMZŐK, KIALAKULÁSÁNAK MÓDJA ÉS PÉLDÁK - KÉMIA - 2024

Az ionos kötés egy olyan kémiai kötés, amelyben az ellentétesen töltött ionok között elektrosztatikus vonzerő van. Vagyis egy pozitív töltésű ion kötést képez egy negatív töltésű ionnal, elektronokat továbbítva az egyik atomról a másikra.

Ez a fajta kémiai kötés akkor fordul elő, amikor az egyik atomból származó vegyérték elektronok véglegesen átkerülnek egy másik atomba. Az elektron, amely elveszíti az elektronokat, kationokká válik (pozitív töltésű), és az elektronokat elnyeri az anionokká (negatív töltésűek).

Ionkötési példa: nátrium-fluorid. A nátrium elveszti egy vegyérték-elektronot, és felszabadítja a fluort. Wdcf

Ionos kötés fogalma

Az ionos kötés olyan, amelyen az elektromosan töltött részecskék, úgynevezett ionok, kölcsönhatásba lépnek, és ionos szilárd anyagokat és folyadékokat eredményeznek. Ez a kötés az millió száz millió ionok közötti elektrosztatikus kölcsönhatások eredménye, és nem korlátozódik csak ezek párjára; vagyis túlmutat a pozitív töltés és a negatív töltés közötti vonzerőn.

Vegyük például a nátrium-klorid (NaCl) ionos vegyületet, amely jobban ismert, mint asztali só. A NaCl, az ionos kötés van túlsúlyban, így áll a Na ⁺ és Cl ^- ionok. Na ⁺ a pozitív ion vagy kation, míg Cl ^- (klorid) a negatív ion vagy anion.

A nátrium-kloridban lévő Na + és klónokat ionos kötéssel tartják össze. Forrás: Eyal Bairey a Wikipedia segítségével.

Mind a Na ⁺ és Cl ^- vonzza, hogy az ellentétes elektromos töltések. Ezen ionok közötti távolság lehetővé teszi mások közelebb állását egymáshoz, így NaCl-párok és -párok jelennek meg. A Na ⁺ kationok taszítják egymást, mert az egyenlő díjak, és ugyanaz történik egymással a Cl ^- anionok.

Eljön az idő, amikor több millió Na ⁺ és Cl ^- ionok sikerül egyesíteni, egyesülni, hogy hozzon létre egy szerkezet, amely a lehető legstabilabb; az egyiket ionos kötés szabályozza (felső kép). Na ⁺ kationok kisebbek, mint a Cl ^- anionok, mert a növekvő hatékony nukleáris erő, amely mag a külső elektronok.

A NaCl ionkötése. Rhannosh / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Az ionos kötés jellemzi létrehozó rendezett szerkezetek, ahol a távolság a ionok (Na ⁺ és Cl ^- abban az esetben, NaCl) képest kicsi, hogy a más szilárd anyagok. Tehát egy ionos kristályszerkezetről beszélünk.

Hogyan alakul ki egy ionos kötés?

Az ionos kötés csak akkor következik be, ha az elektronok eloszlása ​​olyan, hogy az ionok töltése felmerüljön. Ez a típusú kötés soha nem fordulhat elő semleges részecskék között. Szükségszerűen kationokat és anionokat kell tartalmazniuk. De honnan származnak?

Ionos kötés illusztráció. a) A nátrium nettó negatív töltésű. b) A nátrium elektronként klórt ad fel. A nátrium nettó pozitív töltéssel, a klór pedig nettó negatív töltéssel marad, ionos kötést hozva létre. Az ilyen típusú kötés millió millió Na és Cl atom között fizikai sót eredményez. OpenStax College / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

Számos olyan útvonal létezik, amelyekből az ionok származnak, de ezek alapvetően oxidációs-redukciós reakción alapulnak. A legtöbb szervetlen ionos vegyület fém elemből áll, amely egy nem fém elemmel van kötve (a periódikus táblázat p blokkjában levők).

A fémnek oxidálódnia kell, el kell veszítenie az elektronokat, hogy kationokká váljon. Másrészt, a nemfémes elem redukálódik, megszerezi ezeket az elektronokat és anionré válik. A következő kép szemlélteti ezt a pontot a nátrium-klorid nátrium- és klóratomokból történő képződésekor:

Ionos kötés kialakulása. Forrás: Shafei az Arab Wikipedia-ban / nyilvános

A Na atom adományozza egyik vegyérték elektronok a Cl. Amikor az elektronok eloszlását bekövetkezik, a Na ⁺ és Cl ^- ionok keletkeznek, amelyek kezdenek vonzzák egymást, azonnal és elektrosztatikusan.

Ezért azt mondják, hogy a Na ⁺ és a Cl ^- nem osztanak meg egyetlen elektronpárt sem, ellentétben azzal, ami várható egy hipotetikus Na-Cl kovalens kötésre.

Ionos kötés tulajdonságai

Az ionos kötés nem irányított, vagyis az erő nem egy irányban van jelen, hanem az űrben terjed az ionokat elválasztó távolság függvényében. Ez a tény fontos, mivel azt jelenti, hogy az ionok erősen kötődnek, ami magyarázza az ionos szilárd anyagok számos fizikai tulajdonságát.

Olvadáspont

Az ionos kötés felelős a só olvadásáért 801 ° C hőmérsékleten. Ez a hőmérséklet rendkívül magas a különféle fémek olvadáspontjaihoz képest.

Ennek oka az, hogy a NaCl-nak elegendő hőt kell elnyelnie ahhoz, hogy ionjai szabadon áramolhassanak a kristályaiból; azaz, a látnivalók közötti Na ⁺ és Cl ^- le kell győzni.

Forráspont

Az ionos vegyületek olvadáspontja és forráspontja különösen magas az elektrosztatikus kölcsönhatások miatt: ionos kötésük. Mivel azonban ez a kötés sok ionot tartalmaz, ezt a viselkedést általában inkább az intermolekuláris erőknek tulajdonítják, nem pedig az ionos kötésnek.

Só esetén, amint a NaCl megolvad, a folyadékot ugyanolyan kezdeti ionokból állítják elő; csak most könnyebben mozognak. Az ionos kötés még mindig jelen van. A Na ⁺ és Cl ^- ionok a folyadék felületén találkoznak, és így nagy felületi feszültséget hoznak létre, amely megakadályozza az ionok kijutását a gázfázisba.

Ezért az olvadt sónak forrásig még tovább kell növelnie hőmérsékletét. A NaCl forráspontja 1465 ° C. Ezen a hőmérsékleten a hő meghaladja a folyadékban a Na ⁺ és Cl ^- közötti vonzerőket, így a NaCl-gőzök a légköri nyomással kezdik képződni.

elektronegativitás

Korábban azt mondták, hogy az ionos kötés fém elem és nem fém elem között alakul ki. Röviden: egy fém és egy nem fém között. Általában ez vonatkozik a szervetlen ionos vegyületekre; különösen a bináris típusú, például a NaCl.

Ahhoz, hogy az elektronok megoszlanak (Na ⁺ Cl ^-), és ne osszanak meg (Na-Cl), nagy különbségnek kell lennie az elektronegativitásban a két atom között. Ellenkező esetben nem lenne ionos kötés kettő között. Lehetséges, hogy a Na és a Cl közelebb kerülnek egymáshoz, kölcsönhatásba lépnek, de a Cl a magasabb elektronegativitásának köszönhetően egy elektront vesz Na-ból.

Ez a forgatókönyv azonban csak az MX bináris vegyületekre, például a NaCl-re vonatkozik. Más sók vagy ionos vegyületek esetében képződésük folyamata bonyolultabb, és tisztán atomi vagy molekuláris szempontból nem közelíthetők meg.

típusai

Nincs különféle típusú ionos kötések, mivel az elektrosztatikus jelenség tisztán fizikai, csak az ionok kölcsönhatásának módját vagy az atomok számát változtatja meg; vagyis ha ezek monatom vagy poliaatom atomok. Hasonlóképpen, minden elem vagy vegyület jellegzetes iont képez, amely meghatározza a vegyület természetét.

A példák részében erre a pontra jutunk, és látni fogjuk, hogy az ionos kötés lényegében azonos minden vegyületben. Ha ez nem teljesül, azt mondják, hogy az ionos kötésnek van bizonyos kovalens jellege, ami sok átmeneti fémsó esetében fordul elő, ahol az anionok a kationokkal koordinálódnak; például FeCl ₃ (Fe ³⁺ -Cl ^-).

Példák ionos kötésekre

Az alábbiakban felsorolunk néhány ionos vegyületet, és kiemeljük azok ionjait és arányát:

- magnézium-klorid

MgCI ₂, (Mg ²⁺ Cl ^-), 1: 2 arányban (Mg ²⁺: 2 Cl ^-)

- Kálium-fluorid

KF, (K ⁺ F ^-), 1: 1 arányban (K ⁺: F ^-)

- Nátrium-szulfid

Na ₂ S, (Na ⁺ S ^2-), 2: 1 arányban (2Na ⁺: S ^2-)

- Lito-hidroxid

LiOH, (Li ⁺ OH ^-), 1: 1 arányban (Li ⁺: OH ^-)

- Kalcium-fluorid

CaF ₂, (Ca ²⁺ F ^-), 1: 2 arányban (Ca ²⁺: 2F ^-)

- Nátrium-karbonát

Na ₂ CO ₃, (Na ⁺ CO ₃ ^2-), 2: 1 arányban (2Na ⁺: CO ₃ ^2-)

- Kálcium-karbonát

CaCO ₃, (Ca ²⁺ CO ₃ ²), 1: 1 arányban (Ca ²⁺: CO ₃ ²)

- Kálium-permanganát

KMnO ₄, (K ⁺ MnO ₄ ^-), 1: 1 arányban (K ⁺: MnO ₄ ^-)

- Réz-szulfát

CuSO ₄ (Cu ²⁺ SO ₄ ²), 1: 1 arányban (Cu ²⁺: SO ₄ ²)

- Bárium-hidroxid

Ba (OH) ₂, (Ba ²⁺ OH ^-), 1: 2 arányban (Ba ²⁺: OH ^-)

- Alumínium-bromid

AlBr ₃, (Al ³⁺ Br ^-), 1: 3 arányban (Al ³⁺: 3Br ^-)

- Vas (III) -oxid

Fe ₂ O ₃, (Fe ³⁺ O ²), 2: 3 arányban (2Fe ³⁺: 3O ²)

- Stroncium-oxid

SrO, (Sr ²⁺ O ²), 1: 1 arányban (Sr ²⁺: O ²)

- Ezüst-klorid

AgCl, (Ag ⁺ Cl ^-), 1: 1 arányban (Ag ⁺: Cl ^-)

- Mások

-CH ₃ COONa, (CH ₃ COO ^- Na ⁺), 1: 1 arányban (CH ₃ COO ^-: Na ⁺)

- NH ₄ I, (NH ₄ ⁺ I ^-), 1: 1 arányban (NH ₄ ⁺: I ^-)

Ezeknek a vegyületeknek mindegyikének ionkötése van, ahol kémiai képletüknek megfelelő ionok millióit elektrosztatikusan vonzzák és szilárd anyagot képeznek. Minél nagyobb az ionos töltése, annál erősebbek az elektrosztatikus vonzódások és repulációk.

Ezért az ionos kötés általában erősebb, annál nagyobb a töltés az ionokra, amelyek a vegyületet képezik.

Megoldott gyakorlatok

Íme néhány gyakorlat, amelyek gyakorlatilag átültetik az ionos kötés alapvető ismereteit.

- 1. Feladat

A következő vegyületek közül melyik ionos? A lehetőségek: HF, H ₂ O, NaH, H ₂ S, NH _3, és MgO.

Az ionos vegyületnek definíció szerint ionos kötéssel kell rendelkeznie. Minél nagyobb az alkotóelemek közötti elektronegativitási különbség, annál nagyobb a kötés ionos jellege.

Ezért azok a lehetőségek, amelyek nem tartalmaznak fémes elemet, elvileg kizártak: HF, H ₂ O, H ₂ S és NH ₃. Ezek a vegyületek csak nemfémes elemekből állnak. Az NH ₄ ⁺ kation kivétel e szabály alól, mivel nem tartalmaz fémeket.

A fennmaradó lehetőségek NaH és MgO, amelyekben a fém Na, illetve Mg kapcsolódik a nemfémes elemekhez. NaH-t (Na ⁺ H ^-) és az MgO (Mg ²⁺ O ^2-) ionos vegyületek.

- 2. gyakorlat

Vegyük figyelembe a következő hipotetikus vegyületet: Ag (NH ₄) ₂ CO ₃ I. Milyen ionjai vannak és mekkora arányban vannak a szilárd anyagban?

Lebontása a vegyületet annak ionok van: Ag ⁺, NH ₄ ⁺, CO ₃ ^2- és I ^-. Ezek csatlakozott elektrosztatikusan követi az arány 1: 2: 1: 1 (Ag ⁺: 2NH ₄ ⁺: CO ₃ ^2-: I ^-). Ez azt jelenti, hogy az összeg a NH ₄ ⁺ kationokat kétszerese a Ag ⁺, CO ₃ ^2- és I ^- ionok.

- 3. gyakorlat

A KBr K ⁺ és Br ^- ionokból áll, nagyságú töltéssel. Ezután a CaS Ca ²⁺ és S ^2- ionokkal rendelkezik, kettős nagyságrendű töltéssel, tehát azt lehet feltételezni, hogy a CaS-ban az ionkötés erősebb, mint a KBr-ben; és erősebb, mint a Na ₂ SO ₄, mivel az utóbbi áll Na ⁺ és a SO ₄ ^2- ionok.

Mind a CaS, mind a CuO ugyanolyan erős ionkötéssel rendelkezhet, mivel mindkettő ionokat tartalmaz kettős nagyságú töltéssel. Ezután AlPO _{4 van}, Al ³⁺ és PO ₄ ^3- ionokkal. Ezeknek az ionoknak hármas nagyságú töltése van, tehát az AlPO _4-ben az ionkötésnek erősebbnek kell lennie, mint az összes korábbi opciónál.

És végül, van a győztes Pb ₃ P ₄, mert ha feltételezzük, hogy ionokból áll, ezek Pb ^{4+ -vá} és P ^3- -vé válnak. A díjaik a legmagasabb; és ezért, Pb ₃ P ₄ az a vegyület, amely valószínűleg rendelkezik a legerősebb ionos kötést.

Irodalom

1. Whitten, Davis, Peck és Stanley. (2008). Kémia (8. kiadás). CENGAGE Tanulás.
2. Shiver és Atkins. (2008). Szervetlen kémia. (Negyedik kiadás). Mc Graw Hill.
3. Wikipedia. (2020). Ionos kötés. Helyreállítva: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2020. február 11.). Ionos és kovalens kötések - értsd meg a különbséget. Helyreállítva: gondolat.com
5. Az Encyclopaedia Britannica szerkesztői. (2020. január 31.). Ionos kötés. Encyclopædia Britannica. Helyreállítva: britannica.com
6. Chemicool szótár. (2017). Az ionos kötés meghatározása. Helyreállítva: chemicool.com