Acasă » Amestecuri și materiale » Legătura chimică ionică a fluorului. Legătura ionică

Legătura chimică ionică a fluorului. Legătura ionică

Înapoi Înainte

Atenţie! Previzualizările diapozitivelor au doar scop informativ și este posibil să nu reprezinte toate caracteristicile prezentării. Daca esti interesat această lucrare, vă rugăm să descărcați versiunea completă.

Obiectivele lecției:

Formați un concept de legături chimice folosind exemplul unei legături ionice. Pentru a realiza o înțelegere a formării legăturilor ionice ca un caz extrem al celor polare.
În timpul lecției, asigurați-vă stăpânirea următoarelor concepte de bază: ioni (cation, anion), legătură ionică.
Dezvoltați activitatea mentală a elevilor prin creare situație problematică atunci când învață material nou.

Sarcini:

învață să recunoști tipurile de legături chimice;
repetă structura unui atom;
explorarea mecanismului de formare a legăturilor chimice ionice;
învață cum să întocmești scheme de formare și formule electronice ale compușilor ionici, ecuații de reacție cu denumirea de tranziții electronice.

Echipamente: calculator, proiector, resursă multimedia, tabel periodic elemente chimice DI. Mendeleev, tabelul „Legături ionice”.

Tip de lecție: Formarea de noi cunoștințe.

Tip de lecție: Lecție multimedia.

X lecția od

eu.Moment organizatoric.

II . Verificarea temelor.

Profesor: Cum pot atomii să preia configurații electronice stabile? Care sunt metodele de educație legătură covalentă?

Student: Legăturile covalente polare și nepolare sunt formate printr-un mecanism de schimb. Mecanismul de schimb include cazurile în care un electron din fiecare atom participă la formarea unei perechi de electroni. De exemplu, hidrogen: (diapozitivul 2)

Legătura are loc prin formarea unei perechi de electroni partajate prin combinarea electronilor nepereche. Fiecare atom are un electron. Atomii de H sunt echivalenți și perechile aparțin în mod egal ambilor atomi. Prin urmare, același principiu apare atunci când se formează perechi de electroni comuni (nori de electroni p suprapusi) în timpul formării moleculei F2. (diapozitivul 3)

Înregistrare H · înseamnă că un atom de hidrogen are 1 electron în stratul său exterior de electroni. Înregistrarea arată că există 7 electroni pe stratul exterior de electroni al atomului de fluor.

Când se formează molecula de N 2. Se formează 3 perechi de electroni comuni. Orbitalii p se suprapun. (diapozitivul 4)

Legătura se numește nepolară.

Profesor: Am analizat acum cazurile în care se formează molecule dintr-o substanță simplă. Dar în jurul nostru există multe substanțe cu structuri complexe. Să luăm o moleculă de fluorură de hidrogen. Cum se formează legătura în acest caz?

Student: Când se formează o moleculă de fluorură de hidrogen, orbitalul electronului s al hidrogenului și orbitalul electronului p al fluorului H-F se suprapun. (diapozitivul 5)

Perechea de electroni de legătură este deplasată la atomul de fluor, rezultând formarea dipol. Conexiune numită polară.

III. Actualizarea cunoștințelor.

Profesor: O legătură chimică apare ca urmare a modificărilor care au loc cu învelișurile de electroni exterioare ale atomilor de legătură. Acest lucru este posibil deoarece straturile de electroni exterioare nu sunt complete în alte elemente decât gazele nobile. Legătura chimică se explică prin dorința atomilor de a dobândi o configurație electronică stabilă, similară cu configurația celui mai „apropiat” gaz inert de ei.

Profesor: Notează diagrama structurii electronice a atomului de sodiu (la tablă). (diapozitivul 6)

Student: Pentru a obține stabilitatea învelișului de electroni, atomul de sodiu trebuie fie să renunțe la un electron, fie să accepte șapte. Sodiul își va renunța cu ușurință electronul, care este departe de nucleu și slab legat de acesta.

Profesor: Faceți o diagramă a eliberării electronilor.

Na° - 1ē → Na+ = Ne

Profesor: Notează diagrama structurii electronice a atomului de fluor (la tablă).

Profesor: Cum se completează umplerea stratului electronic?

Student: Pentru a obține stabilitatea învelișului de electroni, atomul de fluor trebuie fie să renunțe la șapte electroni, fie să accepte unul. Din punct de vedere energetic, fluorul este mai favorabil să accepte un electron.

Profesor: Faceți o diagramă pentru primirea unui electron.

F° + 1ē → F- = Ne

IV. Învățarea de materiale noi.

Profesorul pune o întrebare clasei în care este stabilită sarcina lecției:

Există și alte moduri posibile prin care atomii pot lua configurații electronice stabile? Care sunt modalitățile de a forma astfel de conexiuni?

Astăzi ne vom uita la un tip de legătură - o legătură ionică. Să comparăm structura învelișurilor de electroni ale atomilor deja menționați și ale gazelor inerte.

Conversație cu clasa.

Profesor: Ce sarcină aveau atomii de sodiu și fluor înainte de reacție?

Student: Atomii de sodiu și fluor sunt neutri din punct de vedere electric, deoarece sarcinile nucleelor lor sunt echilibrate de electronii care se rotesc în jurul nucleului.

Profesor: Ce se întâmplă între atomi când dau și iau electroni?

Student: Atomii dobândesc taxe.

Profesorul dă explicații: În formula unui ion se notează suplimentar încărcarea acestuia. Pentru a face acest lucru, utilizați indicele. Indică valoarea taxei cu un număr (nu scriu unul) și apoi cu un semn (plus sau minus). De exemplu, un ion de sodiu cu o sarcină de +1 are formula Na + (a se citi „sodiu-plus”), un ion de fluor cu o sarcină de -1 – F - („fluor-minus”), un ion hidroxid cu o sarcină de -1 – OH - (“o-ash-minus”), un ion carbonat cu o sarcină -2 – CO 3 2- (“tse-o-trei-doi-minus”).

În formulele compușilor ionici se scriu mai întâi ionii încărcați pozitiv, fără a indica sarcini, iar apoi cei încărcați negativ. Dacă formula este corectă, atunci suma încărcărilor tuturor ionilor din ea este zero.

Ioni încărcați pozitiv numit cation, iar un ion încărcat negativ este un anion.

Profesor: Notăm definiția în caietul de lucru:

Ion este o particulă încărcată în care un atom se transformă ca urmare a acceptării sau pierderii de electroni.

Profesor: Cum se determină valoarea de încărcare a ionului de calciu Ca 2+?

Student: Un ion este o particulă încărcată electric formată ca urmare a pierderii sau câștigării unuia sau mai multor electroni de către un atom. Calciul are doi electroni la ultimul nivel de electroni ionizarea unui atom de calciu are loc atunci când se pierd doi electroni. Ca 2+ este un cation dublu încărcat.

Profesor: Ce se întâmplă cu razele acestor ioni?

La tranziție Când un atom neutru din punct de vedere electric este transformat într-o stare ionică, dimensiunea particulelor se schimbă foarte mult. Atomul, renunțând la electronii de valență, se transformă într-o particulă mai compactă - un cation. De exemplu, atunci când un atom de sodiu se transformă într-un cation Na+, care, după cum sa indicat mai sus, are structura de neon, raza particulei scade foarte mult. Raza unui anion este întotdeauna mai mare decât raza atomului neutru electric corespunzător.

Profesor: Ce se întâmplă cu particulele încărcate diferit?

Student: Ionii de sodiu și fluor încărcați opus, care rezultă din transferul unui electron de la un atom de sodiu la un atom de fluor, sunt atrași reciproc și formează fluorură de sodiu. (diapozitivul 7)

Na + + F - = NaF

Schema de formare a ionilor pe care am luat-o în considerare arată cum a legătură chimică, care se numește ionic.

Legătura ionică– o legătură chimică formată prin atracția electrostatică a ionilor încărcați opus unul față de celălalt.

Compușii care se formează în acest caz se numesc compuși ionici.

V. Consolidarea materialului nou.

Sarcini pentru consolidarea cunoștințelor și abilităților

1. Comparați structura învelișurilor electronice ale atomului de calciu și cationului de calciu, atomului de clor și anionului clorură:

Comentariu despre formarea legăturilor ionice în clorura de calciu:

2. Pentru a finaliza această sarcină, trebuie să vă împărțiți în grupuri de 3-4 persoane. Fiecare membru al grupului ia în considerare un exemplu și prezintă rezultatele întregului grup.

Răspunsul elevului:

1. Calciul este un element subgrupul principal Grupa II, metal. Este mai ușor pentru atomul său să dea doi electroni exteriori decât să accepte cei șase lipsă:

2. Clorul este un element al subgrupului principal al grupei VII, un nemetal. Este mai ușor pentru atomul său să accepte un electron, care îi lipsește pentru a completa nivelul exterior, decât să renunțe la șapte electroni de la nivelul exterior:

3. Mai întâi, să găsim cel mai mic multiplu comun dintre sarcinile ionilor rezultați, acesta este egal cu 2 (2x1). Apoi determinăm câți atomi de calciu trebuie luați astfel încât să cedeze doi electroni, adică trebuie să luăm un atom de Ca și doi atomi de CI.

4. Schematic, formarea unei legături ionice între atomii de calciu și clor se poate scrie: (diapozitivul 8)

Ca2+ + 2CI - → CaCI2

Sarcini de autocontrol

1. Pe baza schemei de formare a unui compus chimic, creați o ecuație pentru reacția chimică: (diapozitivul 9)

2. Pe baza schemei de formare a unui compus chimic, creați o ecuație pentru reacția chimică: (diapozitivul 10)

3. O schemă pentru formarea unui compus chimic este dată: (diapozitivul 11)

Selectați o pereche de elemente chimice ai căror atomi pot interacționa în conformitate cu această schemă:

O) N / AŞi O;
b) LiŞi F;
V) KŞi O;
G) N / AŞi F

O legătură ionică este o legătură chimică puternică rezultată din atracția electrostatică a cationilor și anionilor - formată între atomi cu o diferență mare (> 1,7 pe scara Pauling) de electronegativitate, în care perechea de electroni împărtășită trece preferenţial la atomul cu electronegativitate mai mare. . Aceasta este atracția ionilor ca corpuri încărcate opus. Un exemplu este compusul CsF, în care „gradul de ionicitate” este de 97%. Legatura ionică este un caz extrem de polarizare a unei legături covalente polare. Format între un metal tipic și nemetal. În acest caz, electronii din metal sunt transferați complet către nemetal și se formează ioni.
Dacă se formează o legătură chimică între atomi care au o diferență foarte mare de electronegativitate (EO > 1,7 conform lui Pauling), atunci perechea de electroni comună este complet transferată la atomul cu o OE mai mare. Rezultatul este formarea unui compus de ioni cu încărcare opusă:
(\displaystyle (\mathsf (A))\cdot +\cdot (\mathsf (B))\la (\mathsf (A))^(+)[:(\mathsf (B))^(-)])
Între ionii rezultați are loc o atracție electrostatică, care se numește legătură ionică. Sau, mai degrabă, acest aspect este convenabil. De fapt, legătura ionică dintre atomi în forma sa pură nu se realizează nicăieri sau aproape nicăieri, de obicei, legătura este parțial ionică și parțial covalentă; În același timp, legătura ionilor moleculari complecși poate fi adesea considerată pur ionică. Cele mai importante diferențe dintre legăturile ionice și alte tipuri de legături chimice sunt nedirecționalitatea și nesaturația. De aceea, cristalele formate datorită legăturilor ionice gravitează spre diverse împachetari dense ale ionilor corespunzători.
O caracteristică a unor astfel de compuși este solubilitatea lor bună în solvenți polari (apă, acizi etc.). Acest lucru se întâmplă din cauza părților încărcate ale moleculei. În acest caz, dipolii solventului sunt atrași de capetele încărcate ale moleculei și, ca urmare a mișcării browniene, ei „rup” molecula substanței în bucăți și le înconjoară, împiedicându-le să se conecteze din nou. Rezultatul sunt ioni înconjurați de dipoli de solvenți.
Când astfel de compuși sunt dizolvați, energia este de obicei eliberată, deoarece energia totală a legăturilor solvent-ion formate mai multa energie legături anioni-cationi. Excepție fac multe săruri ale acidului azotic (nitrați), care absorb căldura atunci când sunt dizolvate (soluțiile se răcesc). Acest din urmă fapt este explicat pe baza legilor care sunt discutate în chimie fizică. Interacțiunea ionică
Dacă un atom pierde unul sau mai mulți electroni, atunci se transformă într-un ion pozitiv - un cation (tradus din greacă - „în jos”). Așa se formează cationi de hidrogen H+, litiu Li+, bariu Ba2+. atomii se transformă în ioni negativi – anioni (din grecescul „anion” – în sus Exemple de anioni sunt ionul fluor F−, ionul sulfură S2−).
Cationii și anionii sunt capabili să se atragă unul pe altul. În acest caz, apare o legătură chimică și se formează compuși chimici. Acest tip de legătură chimică se numește legătură ionică:
O legătură ionică este o legătură chimică formată prin atracția electrostatică între cationi și anioni.

Legătura ionică

Teoria legăturii chimice ia cel mai important loc din chimia modernă . Ea explică de ce atomii se combină pentru a forma particule chimice, Și vă permite să comparați stabilitatea acestor particule. Folosind teoria legăturii chimice, Can prezice compoziția și structura diferiților compuși. Conceptul de ruperea unor legaturi chimice si formarea altora sta la baza idei moderne despre transformările substanţelor în timpul reacţiilor chimice.

Legatura chimica- Asta interacțiunea atomilor, determinarea stabilității unei particule chimice sau cristal în ansamblu. Legatura chimica se formează din cauza interacțiune electrostaticăîntre particule încărcate: cationi si anioni, nuclei si electroni. Când atomii se unesc, forțele atractive încep să acționeze între nucleul unui atom și electronii altuia, precum și forțe de respingere între nuclee și între electroni. Pe oarecare distanta aceste forțele se echilibrează între ele, Și se formează o particulă chimică stabilă.

Când se formează o legătură chimică, poate avea loc o redistribuire semnificativă a densității electronilor atomilor din compus în comparație cu atomii liberi.

În cazul extrem, acest lucru duce la formarea de particule încărcate - ioni (din grecescul „ion” - merge).

1 Interacțiune ionică

Dacă atom pierde unul sau mai multi electroni, apoi el se transformă într-un ion pozitiv - cation(tradus din greacă - „ coborând"). Așa se formează cationi hidrogen H+, litiu Li+, bariu Ba2+. Prin dobândirea de electroni, atomii se transformă în ioni negativi - anioni(din grecescul "anion" - urcând). Exemple de anioni sunt ion fluor F−, ion sulfură S 2−.

CationiiŞi anionii capabil se atrag unul pe altul. În acest caz, apare legătură chimică, Și se formează compuși chimici. Acest tip de legătură chimică se numește legătură ionică:

2 Definiția Legăturii Ionice

Legătura ionică este o legătură chimică educat din cauza atracție electrostatică între cationiŞi anionii.

Mecanismul formării legăturii ionice poate fi luat în considerare folosind exemplul unei reacții între sodiu și clor. Un atom de metal alcalin pierde cu ușurință un electron, A atom de halogen - dobândește. Ca urmare a acestui lucru există cation de sodiuŞi ion clorură. Ele formează o legătură datorită atracție electrostatică între ele.

Interacțiunea dintre cationiŞi anionii independent de directie, De aceea despre legarea ionică ei vorbesc ca nedirectional. Fiecare cation Pot fi atrage orice număr de anioni, Și viceversa. De aceea legătură ionică este nesaturat. Număr interacțiunile dintre ionii în stare solidă sunt limitate doar de mărimea cristalului. De aceea " moleculă" compusul ionic ar trebui considerat întregul cristal.

Pentru aparitie legătură ionică necesar, la suma valorilor energiei de ionizare E i(a forma un cation)Şi afinitate electronică A e(pentru formarea de anioni) ar trebui să fie favorabil din punct de vedere energetic. Acest limitează formarea legăturilor ionice de către atomii de metal activ(elementele grupelor IA și IIA, unele elemente ale grupului IIIA și unele elemente de tranziție) și nemetale active(halogeni, calcogeni, azot).

Practic nu există o legătură ionică ideală. Chiar și în acei compuși care sunt de obicei clasificați ca ionic, Nu există un transfer complet de electroni de la un atom la altul; electronii rămân parțial în uz comun. Da, conexiunea este fluorură de litiu cu 80% ionicși cu 20% - covalent. Prin urmare, este mai corect să vorbim despre gradul de ionicitate (polaritate) legătură chimică covalentă. Se crede ca cu diferenta electronegativități elemente 2.1 comunicare este pornit 50% ionic. La diferenta mai mare compus poate fi considerat ionic.

Modelul ionic al legăturii chimice este utilizat pe scară largă pentru a descrie proprietățile multor substanțe., în primul rând, conexiuni alcalinŞi metale alcalino-pământoase cu nemetale. Acest lucru se datorează simplitatea descrierii unor astfel de conexiuni: se crede a fi construit din sfere încărcate incompresibile, răspunzând cationi si anioni. În acest caz, ionii tind să se aranjeze astfel încât forțele de atracție dintre ei să fie maxime, iar forțele de respingere să fie minime.

Legătura ionică- o legătură chimică puternică formată între atomi cu diferență mare (>1,7 pe scara Pauling) electronegativitate, la care perechea de electroni partajată este complet transferată atomului cu electronegativitate mai mare. Aceasta este atracția ionilor ca corpuri încărcate opus. Un exemplu este compusul CsF, în care „gradul de ionicitate” este de 97%.

Legătura ionică- caz extrem polarizarea legăturii polare covalente. Format între metal tipic și nemetal. În acest caz, electronii din metal trece complet la non-metal. Se formează ioni.

Dacă se formează o legătură chimică între atomi care au diferență de electronegativitate foarte mare (EO > 1,7 conform lui Pauling), atunci perechea totală de electroni este complet se deplasează la un atom cu EO mai mare. Rezultatul este formarea unui compus ioni cu încărcare opusă:

Între ionii formați apare atracție electrostatică care se numeste legătură ionică. Sau mai bine zis, aspectul asta convenabil. De fapt legătură ionicăîntre atomi în în forma sa pură nu se realizează nicăieri sau aproape nicăieri, de obicei, în realitate conexiunea este parțial ionic, și parțial covalent în natură. În același timp, comunicarea ioni moleculari complecși poate fi adesea considerat pur ionic. Cele mai importante diferențe dintre legăturile ionice și alte tipuri de legături chimice sunt lipsa de direcție și saturație. De aceea, cristalele formate datorită legăturilor ionice gravitează spre diverse împachetari dense ale ionilor corespunzători.

3 raze ionice

Pe simplu model electrostatic al legăturii ionice este folosit conceptul razele ionice. Suma razelor cationului și anionului vecin trebuie să fie egală cu distanța internucleară corespunzătoare:

r 0 = r + + r −

În același timp, rămâne neclar unde să cheltuiască limita dintre cation și anion. Astăzi se știe, că nu există nicio legătură pur ionică, ca întotdeauna există o oarecare suprapunere a norilor de electroni. Pentru calculele razelor ionice folosesc metode de cercetare, care vă permit să determinați densitatea electronilor dintre doi atomi. Distanța internucleară este împărțită în punct, Unde densitatea electronică este minimă.

Dimensiunile ionilor depind de mulți factori. La sarcina constantă a ionului cu creșterea numărului atomic(și prin urmare taxa de bază) raza ionică scade. Acest lucru este deosebit de remarcabil în seria lantanidelor, Unde razele ionice variază monoton de la 117 pm pentru (La 3+) la 100 pm (Lu 3+) cu un număr de coordonare de 6. Acest efect se numește compresia lantanidelor.

ÎN grupuri de elemente razele ionice cresc în general odată cu creșterea numărului atomic. Cu toate acestea Pentru d-elementele perioadei a patra si a cincea datorate compresiei lantanidelor poate apărea chiar şi o scădere a razei ionice(de exemplu, de la 73 pm pentru Zr 4+ la 72 pm pentru Hf 4+ cu un număr de coordonare de 4).

Pe parcursul perioadei se constată o scădere vizibilă a razei ionice legate de atracție crescută a electronilor către nucleu cu o creștere simultană a sarcinii nucleului și a încărcăturii ionului în sine: 116 pm pentru Na+, 86 pm pentru Mg 2+, 68 pm pentru Al 3+ (numărul de coordonare 6). Din acelasi motiv o creștere a sarcinii unui ion are ca rezultat o scădere a razei ionice pentru un element: Fe 2+ 77 pm, Fe 3+ 63 pm, Fe 6+ 39 pm (numărul de coordonare 4).

Comparaţie razele ionice Can se efectuează numai cu același număr de coordonare, pentru că afectează mărimea ionului datorită forțelor de respingere dintre contraioni. Acest lucru se vede clar în exemplu ion Ag+; raza sa ionică este 81, 114 și 129 p.m Pentru numerele de coordonare 2, 4 și 6, respectiv.

Structura compus ionic ideal, conditionat atracție maximă între ionii diferiți și repulsie minimă între ionii asemănători, în multe feluri determinată de raportul dintre razele ionice ale cationilor și anionilor. Acest lucru poate fi arătat construcții geometrice simple.

4 Energia legăturii ionice

Comunicații energeticeŞi pentru compusul ionic- Asta energie, care se află în eliberat în timpul formării sale din contraionii gazoși infinit depărtați unul de celălalt. Considerând doar forțele electrostatice, corespunde aproximativ 90% din energia totală de interacțiune, care include și contribuția forțelor neelectrostatice(De exemplu, repulsie învelișului de electroni).

Electronii de la un atom se pot transfera complet la altul. Această redistribuire a sarcinilor duce la formarea de ioni încărcați pozitiv și negativ (cationi și anioni). Între ele apare un tip special de interacțiune - o legătură ionică. Să luăm în considerare mai detaliat metoda de formare a acesteia, structura și proprietățile substanțelor.

Electronegativitatea

Atomii diferă în electronegativitate (EO) - capacitatea de a atrage electroni din învelișurile de valență ale altor particule. Pentru determinarea cantitativă se utilizează scara de electronegativitate relativă (valoare adimensională) propusă de L. Polling. Capacitatea de a atrage electroni din atomii de fluor este mai pronunțată decât alte elemente EO este 4. Pe scara Pauling, fluorul este imediat urmat de oxigen, azot și clor. Valorile EO ale hidrogenului și ale altor nemetale tipice sunt egale sau apropiate de 2. Dintre metale, majoritatea au electronegativitate între 0,7 (Fr) și 1,7. Există o dependență a ionicității legăturii de diferența de EO a elementelor chimice. Cu cât este mai mare, cu atât este mai mare probabilitatea ca o legătură ionică să apară. Acest tip de interacțiune este mai frecvent atunci când diferența este EO = 1,7 și mai mare. Dacă valoarea este mai mică, atunci compușii sunt polari covalenti.

Energia de ionizare

Pentru a elimina electronii externi legați slab de nucleu, este necesară energia de ionizare (IE). Unitatea de modificare a acestei mărimi fizice este 1 electron volt. Există modele de modificări ale EI în rânduri și coloane tabel periodic, în funcție de creșterea încărcăturii nucleare. În perioade de la stânga la dreapta, energia de ionizare crește și capătă cele mai mari valoriîn nemetale. În grupuri scade de sus în jos. Motivul principal este o creștere a razei atomului și a distanței de la nucleu la electronii exteriori, care sunt ușor detașați. Apare o particulă încărcată pozitiv - cationul corespunzător. Valoarea EI poate fi utilizată pentru a determina dacă apare o legătură ionică. Proprietățile depind și de energia de ionizare. De exemplu, metalele alcaline și alcalino-pământoase au valori EI scăzute. Au proprietăți restaurative (metalice) pronunțate. Gazele inerte sunt inactive din punct de vedere chimic, ceea ce se datorează energiei lor mari de ionizare.

Afinitatea electronică

ÎN interacțiuni chimice atomii pot adăuga electroni pentru a forma o particulă negativă - un anion, un proces însoțit de eliberarea de energie. Mărimea fizică corespunzătoare este afinitatea electronică. Unitatea de măsură este aceeași cu energia de ionizare (1 electron volt). Dar valorile sale exacte nu sunt cunoscute pentru toate elementele. Halogenii au cea mai mare afinitate electronică. La nivelul exterior al atomilor elementelor sunt 7 electroni, lipsește doar unul pentru a ajunge la octet. Afinitatea electronică a halogenilor este mare și au proprietăți oxidante (nemetalice) puternice.

Interacțiunile atomilor în timpul formării legăturilor ionice

Atomi având un neterminat nivel extern, sunt într-o stare energetică instabilă. Dorința de a obține o configurație electronică stabilă este principalul motiv care duce la formare compuși chimici. Procesul este de obicei însoțit de eliberarea de energie și poate duce la molecule și cristale care diferă ca structură și proprietăți. Metalele puternice și nemetale diferă semnificativ unele de altele într-un număr de indicatori (EO, EI și afinitatea electronică). Un tip de interacțiune mai potrivit pentru ei este o legătură chimică ionică, în care se mișcă orbitalul molecular unificator (perechea de electroni partajată). Se crede că atunci când metalele formează ioni, ele transferă complet electroni la nemetale. Rezistența legăturii rezultate depinde de munca necesară pentru distrugerea moleculelor care alcătuiesc 1 mol din substanța studiată. Această mărime fizică este cunoscută ca energie de legare. Pentru compușii ionici, valorile acestuia variază de la câteva zeci la sute de kJ/mol.

Formarea ionilor

Un atom care își donează electronii în timpul interacțiunilor chimice devine un cation (+). Particula receptoare este un anion (-). Pentru a afla cum se vor comporta atomii și dacă vor apărea ionii, este necesar să se stabilească diferența dintre EO-urile lor. Cel mai simplu mod de a efectua astfel de calcule este pentru un compus din două elemente, de exemplu, clorură de sodiu.

Sodiul are doar 11 electroni, configurația stratului exterior este 3s 1. Pentru a o completa, este mai ușor pentru un atom să cedeze 1 electron decât să adauge 7. Structura stratului de valență al clorului este descrisă de formula 3s 2 3p 5. În total, un atom are 17 electroni, 7 externi. Un lucru lipsește pentru a obține un octet și o structură stabilă. Proprietăți chimice confirmați ipoteza că atomul de sodiu donează și clorul acceptă electroni. Apar ionii: pozitivi (cation de sodiu) si negativi (anion de clor).

Legătura ionică

Prin pierderea unui electron, sodiul capătă o sarcină pozitivă și o înveliș stabilă a atomului de gaz inert neon (1s 2 2s 2 2p 6). Ca urmare a interacțiunii cu sodiul, clorul primește o sarcină negativă suplimentară, iar ionul repetă structura învelișului atomic al gazului nobil argon (1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6). Sarcina electrică dobândită se numește sarcina ionului. De exemplu, Na+, Ca2+, CI-, F-. Ionii pot conţine atomi ai mai multor elemente: NH 4 +, SO 4 2-. În cadrul unor astfel de ioni complecși, particulele sunt legate printr-un mecanism donor-acceptor sau covalent. Atractia electrostatica are loc intre particulele incarcate opus. Valoarea sa în cazul unei legături ionice este proporțională cu sarcinile, iar odată cu creșterea distanței dintre atomi se slăbește. Caracteristicile unei legături ionice:

metalele puternice reacţionează cu elementele active nemetalice;
electronii se deplasează de la un atom la altul;
ionii rezultați au o configurație stabilă a învelișurilor exterioare;
Atractia electrostatica are loc intre particulele incarcate opus.

Rețele cristaline ale compușilor ionici

ÎN reactii chimice metalele din grupele 1, 2 și 3 ale tabelului periodic pierd de obicei electroni. Se formează ioni pozitivi cu încărcare simplă, dublă și triplă. Nemetalele din grupele 6 și 7 câștigă de obicei electroni (cu excepția reacțiilor cu fluor). Apar ioni negativi unici și dublu încărcați. Costurile energetice pentru aceste procese, de regulă, sunt compensate atunci când se creează un cristal al substanței. Compușii ionici sunt de obicei în stare solidă, formând structuri formate din cationi și anioni încărcați opus. Aceste particule sunt atrase și formează gigantice rețele cristaline, în care ionii pozitivi sunt înconjurați de particule negative (și invers). Sarcina totală a unei substanțe este zero, deoarece numărul total de protoni este echilibrat de numărul de electroni al tuturor atomilor.

Proprietățile substanțelor cu legături ionice

Substanțele cristaline ionice se caracterizează prin puncte ridicate de fierbere și de topire. De obicei, aceste conexiuni sunt rezistente la căldură. Următoarea caracteristică poate fi detectată atunci când astfel de substanțe sunt dizolvate într-un solvent polar (apă). Cristalele sunt ușor distruse, iar ionii intră în soluție, ceea ce are conductivitate electrică. Compușii ionici sunt, de asemenea, distruși atunci când se topesc. Apar particule încărcate libere, ceea ce înseamnă că topitura conduce curentul electric. Substanțele cu legături ionice sunt electroliții - conductori de al doilea fel.

Oxizii și halogenurile metalelor alcaline și alcalino-pământoase aparțin grupului de compuși ionici. Aproape toate găsesc aplicații extinse în știință, tehnologie, producție chimică și metalurgie.

7.1. Ce sunt legăturile chimice

În capitolele anterioare, v-ați familiarizat cu compoziția și structura atomilor izolați ai diferitelor elemente și ați studiat caracteristicile energetice ale acestora. Dar în natura din jurul nostru, atomii izolați sunt extrem de rari. Atomii aproape tuturor elementelor „tind” să se combine pentru a forma molecule sau alte particule chimice mai complexe. Se spune în mod obișnuit că în acest caz apar legături chimice între atomi.

Electronii sunt implicați în formarea legăturilor chimice. Veți afla cum se întâmplă acest lucru studiind acest capitol. Dar mai întâi trebuie să răspundem la întrebarea de ce atomii formează legături chimice. Putem răspunde la această întrebare chiar și fără a ști nimic despre natura acestor conexiuni: „Pentru că este benefic din punct de vedere energetic!” Dar, răspunzând la întrebarea de unde provine câștigul de energie atunci când se formează legăturile, vom încerca să înțelegem cum și de ce se formează legăturile chimice.

Ca structura electronica atomii, chimia cuantică studiază legăturile chimice în detaliu și strict științific, iar tu și cu mine nu putem decât să profităm de unele dintre cele mai importante concluzii făcute de oamenii de știință. În acest caz, pentru a descrie legăturile chimice vom folosi unul dintre cele mai simple modele, care prevede existența a trei tipuri de legături chimice (ionice, covalente și metalice).

Amintiți-vă - puteți utiliza orice model în mod competent doar cunoscând limitele de aplicabilitate ale acestui model. Modelul pe care îl vom folosi are și el limite de aplicabilitate. De exemplu, în cadrul acestui model este imposibil de descris legăturile chimice din moleculele de oxigen, majoritatea borohidrurilor și unele alte substanțe. Modele mai complexe sunt folosite pentru a descrie legăturile chimice din aceste substanțe.

1. Dacă atomii care sunt legați sunt foarte diferiți ca mărime, atunci atomii mici (dispusi să accepte electroni) vor prelua electroni de la atomii mai mari (dispusi să doneze electroni) și se formează o legătură ionică. Energia unui cristal ionic este mai mică decât energia atomilor izolați, prin urmare o legătură ionică are loc chiar și atunci când atomul nu reușește să-și completeze complet învelișul de electroni donând electroni (poate rămâne incomplet). d- sau f-subnivel). Să ne uităm la exemple.

2. Dacă atomii legați sunt mici ( r o<1), то все они склонны принимать электроны, а отдавать их не склонны; поэтому отобрать друг у друга электроны такие атомы не могут. В этом случае связь между ними возникает за счет попарного обобществления неспаренных валентных электронов: один электрон одного атома и один электрон другого атома с разными спинами образуют пару электронов, принадлежащую обоим атомам и связывающую их. Так образуется legătură covalentă.
Formarea unei legături covalente în spațiu poate fi considerată ca o suprapunere a norilor de electroni ai electronilor de valență neperechi ai diferiților atomi. În acest caz, o pereche de electroni formează un nor de electroni comun care leagă atomii. Cu cât densitatea de electroni este mai mare în regiunea de suprapunere, cu atât se eliberează mai multă energie atunci când se formează o astfel de legătură.
Înainte de a lua în considerare cele mai simple exemple de formare a unei legături covalente, suntem de acord să notăm electronii de valență ai unui atom cu puncte în jurul simbolului acestui atom, cu o pereche de puncte reprezentând perechi de electroni singuri și perechi de electroni ai unei legături covalente, și puncte individuale reprezentând electroni nepereche. Cu această desemnare, configurația electronică de valență a unui atom, de exemplu, fluor, va fi reprezentată prin simbol, iar cea a atomului de oxigen - . Formulele construite din astfel de simboluri sunt numite formule electronice sau formulele Lewis (chimistul american Gilbert Newton Lewis le-a propus în 1916). În ceea ce privește cantitatea de informații transmise, formulele electronice aparțin grupului de formule structurale. Exemple de formare de legături covalente de către atomi:

3. Dacă atomii legați sunt mari ( r o > 1A), atunci toți sunt mai mult sau mai puțin înclinați să renunțe la electronii lor, iar tendința lor de a accepta electronii altor oameni este nesemnificativă. Prin urmare, acești atomi mari nu pot forma o legătură ionică între ei. Legătura covalentă dintre ele se dovedește, de asemenea, a fi nefavorabilă, deoarece densitatea de electroni în norii de electroni externi mari este nesemnificativă. În acest caz, atunci când o substanță chimică se formează din astfel de atomi, electronii de valență ai tuturor atomilor legați sunt împărțiți (electronii de valență devin comuni tuturor atomilor) și se formează un cristal metalic (sau lichid) în care atomii sunt legați prin o legătură de metal.

Cum se determină ce tip de legături formează atomi de elemente într-o anumită substanță?
În funcție de poziția elementelor în sistemul natural al elementelor chimice, de exemplu:
1. Clorura de cesiu CsCl. Atomul de cesiu (grupa IA) este mare și cedează ușor un electron, iar atomul de clor (grupa VIIA) este mic și îl acceptă ușor, prin urmare, legătura din clorura de cesiu este ionică.
2. Dioxid de carbon CO 2 . Atomii de carbon (grupa IVA) și oxigenul (grupa VI) nu sunt foarte diferiți ca mărime - ambii sunt mici. Ele diferă ușor în tendința lor de a accepta electroni, prin urmare legătura din molecula de CO 2 este covalentă.
3. Azot N 2. Substanță simplă. Atomii legați sunt identici și mici, prin urmare, legătura din molecula de azot este covalentă.
4. Calciu Ca. Substanță simplă. Atomii legați sunt identici și destul de mari, prin urmare legătura din cristalul de calciu este metalică.
5. Bariu-tetraaluminiu BaAl 4 . Atomii ambelor elemente sunt destul de mari, în special atomii de bariu, astfel încât ambele elemente tind să cedeze doar electroni, prin urmare legătura din acest compus este metalică.

LEGĂTURA IONICĂ, LEGĂTURA COVALENTĂ, LEGĂTURA METALICA, CONDIȚII DE FORMARE A LOR.
1. Care este motivul conexiunii atomilor și formării legăturilor chimice între ei?
2. De ce gazele nobile nu constau din molecule, ci din atomi?
3. Determinaţi tipul de legătură chimică în compuşii binari: a) KF, K 2 S, SF 4 ; b) MgO, Mg2Ba, OF2; c) Cu2O, CaSe, SeO2. 4. Determinați tipul de legătură chimică în substanțe simple: a) Na, P, Fe; b) S8, F2, P4; c) Mg, Pb, Ar.

7.Z. Ioni. Legătura ionică

În paragraful anterior, ați fost introdus în ionii, care se formează atunci când atomii individuali acceptă sau donează electroni. În acest caz, numărul de protoni din nucleul atomic încetează să fie egal cu numărul de electroni din învelișul de electroni, iar particula chimică capătă o sarcină electrică.
Dar un ion poate conține și mai mult de un nucleu, ca într-o moleculă. Un astfel de ion este un singur sistem format din mai multe nuclee atomice și o înveliș de electroni. Spre deosebire de o moleculă, numărul total de protoni din nuclee nu este egal cu numărul total de electroni din învelișul de electroni, deci și sarcina electrică a ionului.

Ce tipuri de ioni există? Adică, cum pot diferi?
Pe baza numărului de nuclee atomice, ionii sunt împărțiți în simplu(sau monoatomic), adică conţinând un nucleu (de exemplu: K, O 2) şi complex(sau poliatomic), adică conţinând mai multe nuclee (de exemplu: CO 3 2, 3). Ionii simpli sunt analogi încărcați ai atomilor, iar ionii complecși sunt analogi încărcați ai moleculelor.
Pe baza semnului încărcăturii lor, ionii sunt împărțiți în cationi Şi anionii.

Exemple de cationi: K (ion de potasiu), Fe 2 (ion de fier), NH 4 (ion de amoniu), 2 (ion de cupru tetraamină). Exemple de anioni: Cl (ion clorură), N 3 (ion nitrură), PO 4 3 (ion fosfat), 4 (ion hexacianoferat).

În funcție de valoarea de încărcare, ionii sunt împărțiți în o singură lovitură(K, CI, NH4, NO3 etc.), dublu încărcat(Ca 2, O 2, SO 4 2 etc.) cu trei încărcătoare(Al 3, PO 4 3 etc.) și așa mai departe.

Deci, vom numi ionul PO 4 3 un anion complex cu încărcare triplă, iar ionul Ca 2 un cation simplu încărcat dublu.

În plus, ionii diferă și prin dimensiunile lor. Mărimea unui ion simplu este determinată de raza acelui ion sau raza ionică. Mărimea ionilor complecși este mai dificil de caracterizat. Raza unui ion, ca și raza unui atom, nu poate fi măsurată direct (după cum înțelegeți, ionul nu are limite clare). Prin urmare, pentru a caracteriza ionii izolați pe care îi folosesc razele ionice orbitale(exemplele sunt în tabelul 17).

Tabelul 17. Razele orbitale ale unor ioni simpli