ЙОННА ВРЪЗКА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, КАК СЕ ФОРМИРА И ПРИМЕРИ - ХИМИЯ - 2025

В йонна връзка е вид химическа връзка, в които е електростатично привличане между противоположно натоварени йони. Тоест, положително заредният йон образува връзка с отрицателно зареден йон, прехвърляйки електрони от един атом към друг.

Този тип химична връзка възниква, когато валентните електрони от един атом се прехвърлят за постоянно в друг атом. Атомът, който губи електрони, става катион (положително зареден), а този, който печели електрони, става анион (отрицателно зареден).

Пример за йонна връзка: натриев флуорид. Натрият губи един валентен електрон и го предава на флуор. Wdcf

Концепция за йонна връзка

Йонната връзка е тази, чрез която електрически заредените частици, наречени йони, взаимодействат, за да създадат йонни твърди частици и течности. Тази връзка е продукт на електростатични взаимодействия между стотици милиони йони и не се ограничава само до няколко от тях; тоест, той надхвърля привличането между положителен заряд към отрицателен заряд.

Да разгледаме например йонното съединение натриев хлорид, NaCl, по-известно като трапезна сол. В NaCl преобладава йонната връзка, така че тя е съставена от Na ⁺ и Cl ^- йони. Na ⁺ е положителният йон или катион, докато Cl ^- (хлорид) е отрицателният йон или анион.

Na + и Cl-йони в натриев хлорид се държат заедно чрез йонно свързване. Източник: Eyal Bairey чрез Wikipedia.

И Na ^+, и Cl ^- са привлечени от това, че са с противоположни електрически заряди. Разстоянията между тези йони позволяват на другите да се сближат, така че да се появят двойки и двойки NaCl. Катионите Na ⁺ ще се отблъснат един друг, защото са с еднакви заряди и същото се случва помежду си с Cl ^- анионите.

Идва време, когато милиони Na ⁺ и Cl ^- йони успяват да се обединят, обединят, да създадат възможно най-стабилна структура; един, управляван от йонно свързване (горно изображение). Na ⁺ катионите са по-малки от Cl ^- аниони поради нарастващата ефективна ядрена сила на тяхното ядро ​​върху външни електрони.

Йонна връзка на NaCl. Rhannosh / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Йонната връзка се характеризира с установяване на подредени структури, при които разстоянието между йони (Na ⁺ и Cl ^- в случая на NaCl) е малко в сравнение с това на други твърди частици. Значи говорим за йонна кристална структура.

Как се образува йонна връзка?

Йоновото свързване се осъществява само ако се получи разпределение на електрони, така че да възникнат зарядите на йони. Този тип връзка никога не може да възникне между неутрални частици. Трябва непременно да има катиони и аниони. Но откъде идват?

Ионна връзка илюстрация. а) Натрият има нетен отрицателен заряд. б) Натрият отдава електрон на хлора. Натрият остава с нетен положителен заряд, а хлорът с нетен отрицателен заряд, генерира йонната връзка. Този тип връзка между милиони Na ​​и Cl атоми поражда физическата сол. OpenStax College / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

Има много пътища, по които йони произлизат, но по същество много се основават на окислително-редукционна реакция. Повечето неорганични йонни съединения се състоят от метален елемент, свързан с неметален елемент (тези в p блока на периодичната таблица).

Металът трябва да се окисли, да загуби електрони, за да се превърне в катион. От друга страна, неметалният елемент се редуцира, печели тези електрони и се превръща в анион. Следното изображение илюстрира тази точка за образуването на NaCl от натриеви и хлорни атоми:

Образуване на йонна връзка. Източник: Shafei в арабската Wikipedia / Public domain

Na атомът дарява един от своите валентни електрони на Cl. Когато се случи това разпределение на електрони, се образуват Na ⁺ и Cl ^- йони, които започват да се привличат един друг веднага и електростатично.

Затова се казва, че Na ⁺ и Cl ^- не споделят нито една двойка електрони, за разлика от това, което може да се очаква за хипотетична Na-Cl ковалентна връзка.

Свойства на йонната връзка

Йонната връзка е непосочена, тоест нейната сила не присъства в една посока, а по-скоро се разпространява в пространството като функция от разстоянията, които разделят йони. Този факт е важен, тъй като означава, че йоните са силно свързани, което обяснява няколко от физичните свойства на йонните твърди вещества.

Точка на топене

Йонната връзка е отговорна за разтопяването на солта при температура 801 ° С. Тази температура е значително висока в сравнение с температурата на топене на различни метали.

Това е така, защото NaCl трябва да абсорбира достатъчно топлина, за да може йоните му да започнат да изтичат свободно от кристалите си; тоест, атракциите между Na ⁺ и Cl ^- трябва да бъдат преодолени.

Точка на кипене

Точките на топене и кипене на йонните съединения са особено високи поради силните им електростатични взаимодействия: тяхното йонно свързване. Въпреки това, тъй като тази връзка включва много йони, това поведение обикновено се приписва по-скоро на междумолекулни сили, а не правилно на йонно свързване.

В случая на сол, след като NaCl се разтопи, се получава течност, съставена от същите първоначални йони; само сега те се движат по-свободно. Йонната връзка все още е налице. Na ⁺ и Cl ^- йоните се срещат на повърхността на течността, за да създадат високо повърхностно напрежение, което не позволява на йони да излязат в газовата фаза.

Следователно разтопената сол трябва да повиши температурата си още повече, за да заври. Точката на кипене на NaCl е 1465 ° C. При тази температура топлината надвишава атракциите между Na ⁺ и Cl ^- в течността, така пара NaCl започват да се образуват с налягане, равно на атмосферното.

Електроотрицателност

По-рано беше казано, че йонната връзка се образува между метален елемент и неметален елемент. Накратко: между метал и неметал. Това обикновено е по отношение на неорганичните йонни съединения; особено тези от двоичен тип, като NaCl.

За да се случи разделяне на електрони (Na ⁺ Cl ^-), а не споделяне (Na-Cl), трябва да има голяма разлика в електроотрицателността между двата атома. В противен случай няма да има йонна връзка между двамата. Възможно е Na и Cl да се сближат, да си взаимодействат, но незабавно Cl, поради по-високата си електроотрицателност, „взема“ електрон от Na.

Този сценарий обаче се отнася само за бинарни съединения, MX, като NaCl. За други соли или йонни съединения процесите на тяхното образуване са по-сложни и не могат да се подходи от чисто атомна или молекулярна гледна точка.

Видове

Няма различни видове йонни връзки, тъй като електростатичното явление е чисто физическо, променящо се само по начина, по който взаимодействат йоните, или броя на атомите, които притежават; тоест, ако те са монотомни или многоатомни йони. По същия начин, всеки елемент или съединение произхожда характерен йон, който определя естеството на съединението.

В раздела с примери ще се задълбочим в тази точка и ще се види, че йонната връзка е еднаква по същество във всички съединения. Когато това не е изпълнено, се казва, че йонната връзка има определен ковалентен характер, какъвто е случаят с много соли на преходните метали, където анионите координират с катионите; например, FeCl ₃ (Fe ³⁺ -С ^-).

Примери за йонни връзки

Няколко йонни съединения ще бъдат изброени по-долу и техните йони и пропорции ще бъдат подчертани:

- Магнезиев хлорид

MgCl ₂ (Mg ²⁺ Cl ^-), в съотношение 1: 2 (Mg ²⁺: 2 Cl ^-)

- Калиев флуорид

KF, (K ⁺ F ^-), в съотношение 1: 1 (K ⁺: F ^-)

- Натриев сулфид

Na ₂ S, (Na ⁺ S ^2-), в съотношение 2: 1 (2Na ⁺: S ²)

- Лито хидроксид

LiOH, (Li ⁺ OH ^-), в съотношение 1: 1 (Li ⁺: OH ^-)

- калциев флуорид

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

- Натриев карбонат

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

- Калциев карбонат

CaCO ₃, (Ca ²⁺ CO ₃ ^2-), в съотношение 1: 1 (Ca ²⁺: CO ₃ ^2-)

- Калиев перманганат

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

- Меден сулфат

CuSO ₄, (Cu ²⁺ SO ₄ ^2-), в съотношение 1: 1 (Cu ²⁺: SO ₄ ^2-)

- Бариев хидроксид

Ba (OH) ₂, (Ba ²⁺ OH ^-), в съотношение 1: 2 (Ba ²⁺: OH ^-)

- Алуминиев бромид

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

- железен (III) оксид

Fe ₂ O ₃, (Fe ³⁺ O ²), в 2: 3 съотношение (2Fe ³⁺: 3O ²)

- Стронциев оксид

SrO, (Sr ²⁺ O ^2-), в съотношение 1: 1 (Sr ²⁺: O ^2-)

- Сребърен хлорид

AgCl, (Ag ⁺ Cl ^-), в съотношение 1: 1 (Ag ⁺: Cl ^-)

- Други

-СН ₃ COONa, (СН ₃ COONa ⁺), в съотношение 1: 1 (СН ₃ COO ^-: Na ⁺)

- NH ₄ I, (NH ₄ ⁺ I ^-), в съотношение 1: 1 (NH ₄ ⁺: I ^-)

Всяко от тези съединения има йонна връзка, при която милиони йони, съответстващи на техните химични формули, са електростатично привлечени и образуват твърдо вещество. Колкото по-голяма е величината на нейните йонни заряди, толкова по-силни са електростатичните атракции и отблъсквания.

Следователно йонната връзка има тенденция да бъде по-силна, толкова по-големи са зарядите на йони, които съставляват съединението.

Решени упражнения

Ето няколко упражнения, които прилагат на практика основните знания за йонното свързване.

- Упражнение 1

Кое от следните съединения е йонно? Вариантите са: HF, H ₂ O, NaH, H ₂ S, NH _3, и MgO.

Йонното съединение по дефиниция трябва да има йонна връзка. Колкото по-голяма е разликата в електроотрицателността между съставните й елементи, толкова по-голям е йонният характер на споменатата връзка.

Затова по принцип се изключват опциите, които нямат метален елемент: HF, H ₂ O, H ₂ S и NH ₃. Всички тези съединения са изградени само от неметални елементи. NH ₄ ⁺ катионът е изключение от това правило, тъй като в него няма метали.

Останалите опции са NaH и MgO, които имат металите Na и Mg, съответно, прикрепени към неметални елементи. NaH (Na ⁺ H ^-) и MgO (Mg ²⁺ O ^2-) са йонни съединения.

- Упражнение 2

Помислете за следното хипотетично съединение: Ag (NH ₄) ₂ CO ₃ I. Какви са неговите йони и в каква пропорция те се намират в твърдото вещество?

Разлагайки съединението в неговите йони, имаме: Ag ⁺, NH ₄ ⁺, CO ₃ ^2- и I ^-. Те се съединяват електростатично в съотношение 1: 2: 1: 1 (Ag ⁺: 2NH ₄ ⁺: CO ₃ ^2-: I ^-). Това означава, че количеството на NH ₄ ⁺ катиони е двойно по-голямо от Ag ⁺, CO ₃ ^2- и I ^- йони.

- Упражнение 3

KBr се състои от K ⁺ и Br ^- йони с величина на заряд. Тогава CaS притежава йони Ca ²⁺ и S ^2-, с такси с двойна величина, така че може да се мисли, че йонната връзка в CaS е по-силна, отколкото в KBr; и по-силен от Na ₂ SO ₄, тъй като той се състои от Na ⁺ и SO ₄ ^2- йони.

И CaS, и CuO могат да имат еднакво силна йонна връзка, тъй като и двете съдържат йони с заряди с двойна величина. След това имаме AlPO ₄, с Al ³⁺ и PO ₄ ^3- йони. Тези йони имат тройна магнитудна такса, така че йонната връзка в AlPO ₄ трябва да бъде по-силна, отколкото при всички предишни опции.

И накрая, ние имаме победителя Pb ₃ P ₄, защото ако приемем, че е съставен от йони, те стават Pb ⁴⁺ и P ^3-. Техните заряди са с най-големи величини; и следователно, Pb ₃ P ₄ е съединението, което вероятно е най-силният йонен връзка.

Препратки

1. Уитън, Дейвис, Пек и Стенли. (2008 г.). Химия (8-мо изд.). CENGAGE Обучение.
2. Шивър и Аткинс. (2008 г.). Неорганична химия. (Четвърто издание). Mc Graw Hill.
3. Wikipedia. (2020). Йонно свързване. Възстановено от: en.wikipedia.org
4. Хелменстин, Ан Мари, доктор на науките (11 февруари 2020 г.). Йонни срещу ковалентни облигации - Разберете разликата. Възстановено от: thinkco.com
5. Редакторите на Encyclopaedia Britannica. (31 януари 2020 г.). Йонна връзка. Encyclopædia Britannica. Възстановено от: britannica.com
6. Chemicool Dictionary. (2017). Определение за йонно свързване. Възстановено от: chemicool.com