Ионная связь — сильная химическая связь между атомами существенно отличающимися между собой по электроотрицательности (>1,7 по (шкале Полинга)).
![image](https://www.wikidata.ru-ru.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEucnUtcnUubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTkwYUhWdFlpOWhMMkU0TDA1aFJpNW5hV1l2TXpBd2NIZ3RUbUZHTG1kcFpnPT0uZ2lm.gif)
Идеальная ионная связь отвечает образованию в соединении разноименно заряженных ионов за счёт смещения электронной плотности между атомами, как если бы произошёл перенос электрона(ов) от атома с меньшей электроотрицательностью к атому с большей электроотрицательностью с образованием катиона и аниона, между которыми действует (сила электростатического притяжения). Химические соединения с ионной связью можно качественно описывать как образованные не атомами, а ионами, например, Na+Cl–, Cs+F–, Li+[AlF4]–. Таким образом, ионная связь может рассматриваться в качестве крайнего случая при поляризации ковалентной связи. Характерна для бинарных соединений металлов и неметаллов и других солей. Энергия ионной связи и взаимное расположение ионов в соединении определяется электростатическим взаимодействием между ионами, в которых распределение заряда перестаёт быть сферическим и становится ориентированным в соответствии с поляризацией, которую оказывают соседние ионы. Большинство соединений с ионной связью имеют твердое агрегатное состояние при нормальных условиях .
На практике, идеальной ионной связи не существует, и более корректно говорить об ионном характере химической связи либо о ее полярности, которые могут также выражаться в степени переноса заряда между атомами или в их (эффективных зарядах). Эти величины имеют количественное выражение, например, (Л. Полингом) предложено следующее выражение для ионного характера (IC,%) связи между атомами А и В:
где и – электроотрициательности атомов А и В по шкале Полинга. Примером может служить (фторид цезия) CsF, в котором ионный характер составляет 92 %.
Химическая связь
Если химическая связь образуется между атомами, которые имеют очень большую разность электроотрицательностей (ЭО > 1,7 по Полингу), то общая электронная пара полностью переходит к атому с большей ЭО. Результатом этого является образование соединения противоположно заряженных ионов:
Между образовавшимися ионами возникает электростатическое притяжение, которое называется ионной связью. Вернее, такой взгляд удобен. На деле ионная связь между атомами в чистом виде не реализуется нигде или почти нигде, обычно на деле связь носит частично ионный, а частично ковалентный характер. В то же время связь сложных молекулярных ионов часто может считаться чисто ионной. Важнейшие отличия ионной связи от других типов химической связи заключаются в ненаправленности и ненасыщаемости. Именно поэтому кристаллы, образованные за счёт ионной связи, тяготеют к различным плотнейшим упаковкам соответствующих ионов.
Характеристикой подобных соединений служит хорошая растворимость в полярных растворителях (вода, кислоты и т. д.). Это происходит из-за заряженности частей молекулы. При этом диполи растворителя притягиваются к заряженным концам молекулы, и, в результате броуновского движения, «растаскивают» молекулу вещества на части и окружают их, не давая соединиться вновь. В итоге получаются ионы, окружённые диполями растворителя.
При растворении подобных соединений, как правило, выделяется энергия, так как суммарная энергия образованных связей растворитель-ион больше энергии связи анион-катион. Исключения составляют многие соли азотной кислоты (нитраты), которые при растворении поглощают тепло (растворы охлаждаются). Последний факт объясняется на основе законов, которые рассматриваются в физической химии.
Если атом теряет один или несколько электронов, то он превращается в положительный ион — катион (в переводе с греческого — "идущий вниз). Так образуются катионы водорода Н+, лития Li+, бария Ва2+. Приобретая электроны, атомы превращаются в отрицательные ионы — анионы (от греческого «анион» — идущий вверх). Примерами анионов являются фторид ион F−, сульфид-ион S2−, нитрат-ион NO3-.
Пример образования ионной связи
Рассмотрим способ образования на примере хлорида натрия NaCl. Электронную конфигурацию атомов натрия и хлора можно представить: и
. Это атомы с незавершенными энергетическими уровнями. Для их завершения атому натрия легче отдать один электрон, чем присоединить семь, а атому хлора легче присоединить один электрон, чем отдать семь. При химическом взаимодействии атом натрия полностью отдает один электрон, а атом хлора принимает его.
Схематично это можно записать так:
— ион натрия, устойчивая восьмиэлектронная оболочка (
) за счет второго энергетического уровня.
— ион хлора, устойчивая восьмиэлектронная оболочка.
Между ионами и
возникают силы электростатического притяжения, в результате чего образуется соединение.
Модель идеального кристалла
Для кубического кристалла хлорида натрия (NaCl) каждый атом Na окружён 6-ю атомами Cl, поэтому соответствующая потенциальная энергия где r — расстояние между атомами, e — заряд электрона, k — постоянная Кулона. Расположенные за ионами хлора положительно заряженные ионы натрия (в количестве 12) отталкиваются от центрального иона и так далее. В общем, притягивающий потенциал можно записать в виде
где α — (постоянная Маделунга). Для хлорида натрия α=1,7476. Из-за (принципа запрета Паули) возникает дополнительное отталкивание между ионами, и полный потенциал можно записать в виде
где B и m≈10 — постоянные, зависящие от вида ионов. Такой потенциал имеет минимум, абсолютное значение которого в нём называется (ионной энергией когезии) — то есть энергией, необходимой для разделения ионов на бесконечности. Для хлорида натрия она составляет 7,84 (эВ)/ион или 760 кДж/моль. Для атомной энергии когезии нужно учесть нейтрализацию ионов.
Примечания
- Ionic Bond (англ.). IUPAC Compendium of Chemical Terminology, 3rd ed.. The International Union of Pure and Applied. Дата обращения: 11 февраля 2024. 4 декабря 2023 года.
- Химическая Энциклопедия, 1990, Т. 2, с. 257.
- Serway, Moses & Moyer, 2005, p. 405.
- Linus Pauling. The nature of the chemical bond and the structure of molecules and crystals: an introduction to modern structural chemistry. — 3. ed., 17. print. — Ithaca, NY: Cornell Univ. Press, 2010. — С. 98. — 644 с. — .
- Serway, Moses & Moyer, 2005, p. 406.
- Serway, Moses & Moyer, 2005, p. 407.
Литература
- Химическая энциклопедия : [рус.] : в 5 т. / под ред. И.Л. Кнунянца. — М. : Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — 671 с. — .
- Serway, R.; Moses, C.; Moyer, C. Modern Physics (англ.). — 3rd ed.. — Thomson Brooks Cole, 2005. — 682 p. — .
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер