IÓNOVÁ VÄZBA: VLASTNOSTI, AKO SA TVORÍ A PRÍKLADY - CHÉMIA - 2026

Iónová väzba je typ chemickej väzby, v ktorej je elektrostatický príťažlivosť medzi opačne nabitými iónmi. To znamená, že kladne nabitý ión tvorí väzbu s záporne nabitým iónom a prenáša elektróny z jedného atómu na druhý.

K tomuto typu chemickej väzby dochádza, keď sa valenčné elektróny z jedného atómu natrvalo prenášajú na iný atóm. Atóm, ktorý stráca elektróny, sa stáva katiónom (kladne nabitý) a atóm, ktorý získava elektróny, sa stáva aniónom (záporne nabitý).

Príklad iónovej väzby: fluorid sodný. Sodík stráca jeden valenčný elektrón a dáva ho fluóru. Wdcf

Koncept iónovej väzby

Iónová väzba je taká, pomocou ktorej interagujú elektricky nabité častice, nazývané ióny, za vzniku iónových tuhých látok a kvapalín. Táto väzba je výsledkom elektrostatických interakcií medzi stovkami miliónov iónov a nie je obmedzená iba na niekoľko z nich; to znamená, že presahuje príťažlivosť medzi kladným a záporným nábojom.

Zoberme si napríklad iónovú zlúčeninu chlorid sodný, NaCl, známu ako stolová soľ. V NaCl prevláda iónová väzba, takže je zložená z iónov Na ⁺ a Cl ^- . Na ⁺ je pozitívny ión alebo katión, zatiaľ čo Cl ^- (chlorid) je negatívny ión alebo anión.

Na + a Cl- ióny v chloridu sodnom sa držia pohromade iónovou väzbou. Zdroj: Eyal Bairey prostredníctvom Wikipédie.

Na ⁺ aj Cl ^- priťahujú opačné elektrické náboje. Vzdialenosť medzi týmito iónmi umožňuje ostatným priblížiť sa, takže sa objavujú páry a páry NaCl. Katióny Na ^{+ sa} budú navzájom odpudzovať, pretože majú rovnaké náboje a to isté sa stane aj pri Cl ^- aniónoch .

Príde čas, keď sa milióny Na ⁺ a Cl ^- iónov dokážu zjednotiť, zjednotiť a vytvoriť čo najstabilnejšiu štruktúru; jedna sa riadi iónovou väzbou (horný obrázok). Na ⁺ katióny sú menšie ako Cl ^- anióny a to z dôvodu zvýšenia účinnej nukleárnej sily ich jadrá na vonkajších elektrónov.

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

Iónová väzba sa vyznačuje vytvorením usporiadaných štruktúr, kde je vzdialenosť medzi iónmi (Na ⁺ a Cl ^- v prípade NaCl) malá v porovnaní so vzdialenosťou ostatných tuhých látok. Takže hovoríme o iónovej kryštalickej štruktúre.

Ako sa vytvára iónová väzba?

Iónové viazanie sa uskutoční iba vtedy, keď dôjde k distribúcii elektrónov, takže vzniknú náboje iónov. Tento typ väzby sa nikdy nemôže vyskytnúť medzi neutrálnymi časticami. Musia existovať nevyhnutne katióny a anióny. Ale odkiaľ pochádzajú?

Ilustrácia iónových väzieb. a) Sodík má čistý záporný náboj. b) Sodík odovzdáva elektrónu chlór. Sodík zostáva s čistým kladným nábojom a chlór s čistým záporným nábojom, čím sa vytvára iónová väzba. Tento typ väzby medzi miliónmi atómov Na a Cl vedie k vzniku fyzickej soli. OpenStax College / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

Existuje mnoho ciest, ktorými vznikajú ióny, ale v podstate veľa je založené na oxidačno-redukčnej reakcii. Väčšina anorganických iónových zlúčenín pozostáva z kovového prvku spojeného s nekovovým prvkom (zlúčeniny v bloku p periodickej tabuľky).

Kov musí oxidovať, stratiť elektróny, aby sa stal katiónom. Na druhej strane je nekovový prvok redukovaný, získava tieto elektróny a stáva sa aniónom. Nasledujúci obrázok ilustruje tento bod na tvorbu NaCl z atómov sodíka a chlóru:

Tvorba iónovej väzby. Zdroj: Shafei na arabskej Wikipédii / verejnej doméne

Atóm Na daruje jeden zo svojich valenčných elektrónov Cl. Keď dôjde k tejto distribúcii elektrónov, tvoria sa ióny Na ⁺ a Cl ^- , ktoré sa začínajú okamžite a elektrostaticky priťahovať.

Preto sa hovorí, že Na ⁺ a Cl ^- nezdieľajú žiadny pár elektrónov, na rozdiel od toho, čo by sa mohlo očakávať od hypotetickej kovalentnej väzby Na-Cl.

Vlastnosti iónovej väzby

Iónová väzba je nesmerová, to znamená, že jej sila nie je prítomná v jednom smere, ale skôr sa šíri priestorom v závislosti od vzdialeností, ktoré oddeľujú ióny. Táto skutočnosť je dôležitá, pretože to znamená, že ióny sú silne viazané, čo vysvetľuje niekoľko fyzikálnych vlastností iónových pevných látok.

Bod topenia

Iónová väzba je zodpovedná za to, že sa soľ topí pri teplote 801 ° C. Táto teplota je značne vysoká v porovnaní s teplotou topenia rôznych kovov.

Je to preto, že NaCl musí absorbovať dostatok tepla, aby jeho ióny mohli voľne prúdiť z kryštálov; to znamená, že atrakcia medzi Na ⁺ a Cl ^- je potrebné prekonať .

Bod varu

Teploty topenia a teploty varu iónových zlúčenín sú obzvlášť vysoké v dôsledku ich silných elektrostatických interakcií: ich iónovej väzby. Pretože však táto väzba zahŕňa veľa iónov, toto správanie sa zvyčajne pripisuje skôr intermolekulárnym silám a nie správne iónovej väzbe.

V prípade soli sa po rozpustení NaCl získa tekutina zložená z rovnakých počiatočných iónov; iba teraz sa pohybujú voľnejšie. Iónová väzba je stále prítomná. Systému Na ⁺ a Cl ^- ióny stretávajú na povrchu kvapaliny k vytvoreniu vysokej povrchové napätie, čo zabraňuje ióny unikať do plynnej fázy.

Preto musí roztavená soľ zvýšiť svoju teplotu ešte viac, aby sa uvarila. Teplota varu NaCl je 1465 ° C. Pri tejto teplote teplo prevyšuje príťažlivosť medzi Na ⁺ a Cl ^- v kvapaline, takže výpary NaCl sa začínajú tvoriť pri tlaku rovnajúcom sa atmosférickému.

electronegativity

Už bolo povedané, že iónová väzba je vytvorená medzi kovovým prvkom a nekovovým prvkom. V krátkosti: medzi kovom a nekovom. To je spravidla také, pokiaľ ide o anorganické iónové zlúčeniny; najmä tie binárneho typu, ako je NaCl.

Aby došlo k rozdeleniu elektrónov (Na ⁺ Cl ^- ) a nie k zdieľaniu (Na-Cl), musí existovať veľký rozdiel v elektronegativite medzi týmito dvoma atómami. Inak by medzi nimi neexistovala žiadna iónová väzba. Pravdepodobne sa Na a Cl priblížia, interagujú, ale okamžite Cl, kvôli svojej vyššej elektronovej aktivite, "vezme" elektrón z Na.

Tento scenár sa však uplatňuje iba na binárne zlúčeniny, MX, napríklad NaCl. V prípade iných solí alebo iónových zlúčenín sú procesy ich tvorby komplikovanejšie a nemožno k nim pristupovať z čisto atómového alebo molekulárneho hľadiska.

druhy

Neexistujú žiadne rôzne typy iónových väzieb, pretože elektrostatický jav je čisto fyzikálny a mení iba spôsob interakcie iónov alebo počet atómov, ktoré majú; to znamená, ak ide o monatomické alebo polyatomické ióny. Podobne každý prvok alebo zlúčenina pochádza z charakteristického iónu, ktorý definuje povahu zlúčeniny.

V časti príklady sa budeme zaoberať týmto bodom a bude zrejmé, že iónová väzba je v podstate rovnaká vo všetkých zlúčeninách. Ak to nie je splnené, hovorí sa, že iónová väzba má určitý kovalentný charakter, čo je prípad mnohých solí prechodných kovov, kde anióny koordinujú s katiónmi; napríklad, FeCl ₃ (Fe ³⁺ Cl ^- ).

Príklady iónových väzieb

Niektoré iónové zlúčeniny budú uvedené nižšie a ich ióny a pomery budú zvýraznené:

- chlorid horečnatý

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

- fluorid draselný

KF (K ⁺ F ^- ), v pomere 1: 1 (K ⁺ : F ^- )

- sulfid sodný

Na ₂ S, (Na ⁺ S ² ), v pomere 2: 1 (2Na ⁺ : S ² )

- hydroxid lítno

LiOH, (Li ⁺ OH ^- ), v pomere 1: 1 (Li ⁺ : OH ^- )

- Fluorid vápenatý

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

- Uhličitan sodný

Na ₂ CO ₃ , (Na ⁺ CO ₃ ² ), v pomere 2: 1 (2Na ⁺ : CO ₃ ² )

- Uhličitan vápenatý

CaCO ₃ , (Ca ²⁺ CO ₃ ² ), v pomere 1: 1 pomer (Ca ²⁺ : CO ₃ ^2- )

- Manganistan draselný

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

- Síran meďnatý

CuSO ₄ , (Cu ²⁺ SO ₄ ² ), v pomere 1: 1 (Cu ²⁺ : SO ₄ ² )

- hydroxid bárnatý

Ba (OH) ₂ , (Ba2 ⁺ OH ^- ), v pomere 1: 2 (Ba2 ⁺ : OH ^- )

- bromid hlinitý

Albro ₃ , (Al ³⁺ Br ^- ), v pomere 1: 3 (Al ³⁺ : 3BR ^- )

- oxid železitý

Fe ₂ O ₃ , (Fe ³⁺ O ² ), v pomere 2: 3 (2FE ³⁺ : 3O ² )

- Oxid strontnatý

SrO (Sr ²⁺ O ^2- ), v pomere 1: 1 (Sr ²⁺ : O ^2- )

- chlorid strieborný

AgCl (Ag ⁺ Cl ^- ), v pomere 1: 1 (Ag ⁺ : Cl ^- )

- Ostatné

CH ₃ Coon, (CH ₃ Coon ⁺ ), v pomere 1: 1 (CH ₃ COO ^- : Na ⁺ )

- NH ₄ I, (NH ₄ ⁺ I ^- ), v pomere 1: 1 (NH ₄ ⁺ : I ^- )

Každá z týchto zlúčenín má iónovú väzbu, kde milióny iónov, zodpovedajúce ich chemickým vzorcom, sú elektrostaticky priťahované a tvoria pevnú látku. Čím väčšia je veľkosť iónových nábojov, tým silnejšie sú elektrostatické príťažlivosti a odpory.

Preto má iónová väzba tendenciu byť silnejšia, čím väčšie sú náboje na iónoch, ktoré tvoria zlúčeninu.

Riešené cvičenia

Tu je niekoľko cvičení, ktoré uvádzajú do praxe základné vedomosti o iónovom viazaní.

- Cvičenie 1

Ktorá z nasledujúcich zlúčenín je iónová? Možnosti sú nasledovné: HF, H ₂ O, NaH, H ₂ S, NH _3, a MgO.

Iónová zlúčenina musí mať podľa definície iónovú väzbu. Čím väčší je rozdiel v elektronegativite medzi jeho základnými prvkami, tým väčší je iónový charakter uvedenej väzby.

Z tohto dôvodu možnosti, ktoré nemajú kovový prvok je vylúčené v zásade: HF, H ₂ O, H ₂ S a NH ₃ . Všetky tieto zlúčeniny sú vyrobené iba z nekovových prvkov. NH ₄ ⁺ katión je výnimku z tohto pravidla, pretože nemá žiadne kovy.

Zostávajúce možnosti sú NaH a MgO, ktoré obsahujú kovy Na a Mg, v danom poradí, na nekovových prvkoch. NaH (Na ⁺ H ^- ) a MgO (Mg ²⁺ O ² ), sú iónové zlúčeniny.

- Cvičenie 2

Predpokladajme nasledujúce hypotetickú zlúčeninu: Ag (NH ₄ ) ₂ CO ₃ I. Aké sú ióny a v akom rozsahu sa našli v pevnej látke?

Rozkladom zlúčeniny do jeho ióny máme: Ag ⁺ , NH ₄ ⁺ , CO ₃ ^2- a I ^- . Tie sú spojené elektrostaticky nasledujúce pomere 1: 2: 1: 1 (Ag ⁺ : 2NH ₄ ⁺ : CO ₃ ² : I ^- ). To znamená, že množstvo NH ₄ ⁺ katiónov je dvakrát vyššia ako Ag ⁺ , CO ₃ ² a I ^- iónov .

- Cvičenie 3

KBr sa skladá z K ⁺ a Br ^- iónov s veľkosťou náboja. Potom má CaS Ca2 ⁺ a S2 ^- ióny s nábojmi dvojnásobnej veľkosti, takže by sa mohlo predpokladať, že iónová väzba v CaS je silnejšia ako v KBr; a tiež silnejší ako Na ₂ SO ₄ , pretože ten sa skladá z Na ⁺ a SO ₄ ^2- ióny .

CaS aj CuO môžu mať rovnako silnú iónovú väzbu, pretože obidva obsahujú ióny s dvojnásobným nábojom. Ďalej máme Alpo ₄ , s Al ³⁺ a PO ₄ ^3- iónov . Tieto ióny majú trojité poplatkov veľkostnej, takže iónová väzba v Alpo ₄ by mala byť silnejšia ako vo všetkých predchádzajúcich volieb.

A nakoniec máme víťaza Pb ₃ P ₄ , pretože ak predpokladáme, že je tvorený iónmi, stanú sa Pb ⁴⁺ a P ^3- . Ich náboje majú najvyššie hodnoty; a preto, Pb ₃ P ₄ je zlúčenina, ktorá pravdepodobne má najsilnejší iónovú väzbu.

Referencie

1. Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). chémia (8. vydanie). CENGAGE Learning.
2. Shiver a Atkins. (2008). Anorganická chémia. (Štvrté vydanie). Mc Graw Hill.
3. Wikipedia. (2020). Iónové väzby. Obnovené z: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11. februára 2020). Iónové vs Kovalentné dlhopisy - Pochopte rozdiel. Získané z: thinkco.com
5. Editori encyklopédie Britannica. (31. januára 2020). Iónová väzba. Encyclopædia Britannica. Získané z: britannica.com
6. Slovník chemicoolu. (2017). Definícia iónového viazania. Získané z: chemicool.com