Десятый класс → Химическая связь ↓
Ионная связь и свойства ионных соединений
Ионная связь — это фундаментальная концепция в химии, описывающая, как атомы соединяются, чтобы образовывать соединения. Этот тип химической связи возникает, когда один атом отдаёт электроны другому, в результате чего образуются ионы, притягивающие друг друга.
Понимание атомов и ионов
Атом — это наименьшая единица вещества, сохраняющая свойства элемента. Атом состоит из ядра, содержащего протоны и нейтроны, и электронов, которые вращаются вокруг ядра. Протоны имеют положительный заряд, электроны — отрицательный, нейтроны нейтральны.
Атомы стремятся достичь стабильной электронной конфигурации, обычно напоминающей ближайший благородный газ. Для многих атомов это означает наличие восьми электронов на их валентной оболочке, известной как правило октета.
Атомы могут достигать стабильной электронной конфигурации, теряя или приобретая электроны. Когда атом теряет или приобретает электроны, он становится ионом, который является атомом или группой атомов с суммарным положительным или отрицательным зарядом. Положительно заряженный ион называется катионом, а отрицательно заряженный ион — анионом.
Щелочной металл (Группа 1): Li, Na, K, Rb, Cs
Щёлочноземельный металл (Группа 2): Be, Mg, Ca, Sr, Ba
Галогены (Группа 17): F, Cl, Br, IЧто такое ионная связь?
Ионная связь возникает между металлами и неметаллами. В этих взаимодействиях атомы металла теряют электроны, образуя катионы, а атомы неметалла приобретают электроны, образуя анионы. Ионная связь возникает в результате электростатического притяжения между противоположно заряженными ионами.
Например, рассмотрим натрий (Na) и хлор (Cl). Натрий, щелочной металл, имеет один электрон на своей внешней оболочке, в то время как хлор, который является галогеном, имеет семь электронов на своей внешней оболочке.
Натрий может достичь стабильной электронной структуры, теряя один электрон и становясь ионом Na+, а хлор — стабильности, приобретая один электрон и становясь ионом Cl-. Ионы Na+ и Cl- удерживаются вместе сильным электростатическим притяжением в ионной связи.
Na → Na+ + e-
Cl + e- → Cl-Химическая формула образующегося соединения — NaCl, более известного как поваренная соль.
Характеристики ионных соединений
Ионные соединения имеют несколько особых свойств благодаря природе ионных связей, которые их удерживают:
Высокая температура плавления и кипения
Ионные соединения обычно имеют высокие температуры плавления и кипения, так как электростатические силы между ионами сильны и требуют значительной энергии для преодоления. Например, у хлорида натрия температура плавления составляет 801°C, а температура кипения — 1465°C.
Электрическая проводимость
В твёрдом состоянии ионные соединения не проводят электричество, так как ионы остаются неподвижными внутри кристаллической решётки. Однако, растворившись в воде или расплавившись, ионы свободно перемещаются, позволяя соединению проводить электричество.
Растворимость в воде
Многие ионные соединения хорошо растворяются в воде. Положительные и отрицательные концы молекул воды притягивают ионы, присутствующие в ионном соединении, отделяя их и вызывая их растворение.
Хрупкость
Ионные соединения обычно хрупки и могут разрушаться при столкновении. Это происходит потому, что приложенная сила может сдвинуть ионы с похожими зарядами ближе друг к другу, что приводит к отталкиванию и разрыву кристалла.
Визуализация ионной связи
Подготовка NaCl
На рисунке выше атом натрия (красный) теряет электрон, который приобретает атом хлора (зелёный), образуя ионную связь благодаря их противоположным зарядам.
Структура ионных соединений
Эта диаграмма показывает часть ионной решётки. Каждый чередующийся квадрат представляет катион и анион, удерживаемые вместе в регулярной структуре ионными связями.
Общие примеры ионных соединений
Вот некоторые распространённые ионные соединения и их типичное использование:
Хлорид натрия (NaCl)
Хлорид натрия, широко известный как поваренная соль, используется как пищевая добавка и консервант.
Карбонат кальция (CaCO3)
Карбонат кальция, который содержится в таких породах, как известняк и мрамор, используется в производстве извести и цемента.
Оксид магния (MgO)
Оксид магния, используемый в качестве огнеупорного материала, обладает высокой термической устойчивостью и применяется в облицовке печей.
Образование ионных соединений
Чтобы предсказать формулы ионных соединений, следуйте этим шагам:
- Определите катион и его заряд.
- Определите анион и его заряд.
- Уравновесьте, чтобы компенсировать общее положительное и отрицательное заряды, в результате чего получится нейтральное соединение.
Пример: производство хлорида магния
Магний образует ион Mg2+, а хлор образует ион Cl-. Необходимо два иона хлора, чтобы компенсировать один ион магния, получая формулу MgCl2.
Mg → Mg2+ + 2e-
2 (Cl + e- → Cl-)Проблемы и соображения
Хотя ионная связь — понятная концепция, важно помнить, что не все соединения, содержащие металл и неметалл, образуют исключительно ионы. Некоторые соединения, особенно с металлоидами, могут также демонстрировать ковалентные характеристики.
Кроме того, хотя многие ионные соединения хорошо растворяются в воде, другие могут быть менее растворимыми из-за решётчатой энергии, которая является энергией, необходимой для разделения ионов в кристаллической решетке.
Заключение
Ионная связь включает передачу электронов между атомами, в результате чего образуются заряженные ионы, удерживаемые вместе электростатическими силами. Этот тип связи приводит к соединениям с уникальными свойствами, такими как высокие температуры плавления, проводимость в растворе и растворимость в воде. Понимание ионных связей важно для понимания поведения многих соединений в химии.
Комментарии