IONISIDOS: OMINAISUUDET, MITEN SE MUODOSTUU JA ESIMERKKEJÄ - KEMIA - 2024

Ionisidoksen on eräänlainen kemiallisen sidoksen, joissa on sähköstaattisen vetovoiman vastakkaisesti varautuneita ioneja. Toisin sanoen positiivisesti varautunut ioni muodostaa sidoksen negatiivisesti varautuneen ionin kanssa, siirtäen elektroneja yhdestä atomista toiseen.

Tämäntyyppinen kemiallinen sidos tapahtuu, kun valenssielektronit yhdestä atomista siirtyvät pysyvästi toiseen atomiin. Atomeista, joka menettää elektroneja, tulee kationi (positiivisesti varautunut), ja siitä, joka voittaa elektroneja, tulee anioni (negatiivisesti varautunut).

Ionisidoksen esimerkki: natriumfluoridi. Natrium menettää yhden valenssielektronin ja antaa sille fluoria. Wdcf

Ionisidoksen käsite

Ionisidos on sellainen, jolla sähköisesti varautuneet hiukkaset, joita kutsutaan ioneiksi, vuorovaikutuksessa muodostaen ionisia kiinteitä aineita ja nesteitä. Tämä sidos on tuote satojen miljoonien ionien välisissä sähköstaattisissa vuorovaikutuksissa, eikä ole rajoittunut vain pariin niistä; eli se ylittää positiivisen varauksen välisen vetovoiman negatiiviseen varaukseen.

Tarkastellaan esimerkiksi ionista yhdistettä natriumkloridi, NaCl, tunnetaan paremmin ruokasuolana. NaCl: ssä ioninen sidos on vallitseva, joten se koostuu Na ^{+ -} ja Cl ^- ioneista. Na ⁺ on positiivinen ioni tai kationi, kun taas Cl ^- (kloridi) on negatiivinen ioni tai anioni.

Natriumkloridin Na + ja Cl-ionit pidetään yhdessä ionisidoksella. Lähde: Eyal Bairey Wikipedian kautta.

Sekä Na ⁺ että Cl ^- houkuttelevat olemaan vastakkaisia ​​sähkövarauksia. Näiden ionien väliset etäisyydet antavat muiden tulla lähempänä toisiaan, niin että NaCl-pareja ja pareja esiintyy. Na ⁺ kationit hylkivät toisiaan, koska ne ovat yhtä maksuja, ja sama tapahtuu keskenään Cl ^- anionit.

Tulee aika, kun miljoonat Na ⁺ ja Cl ^- ionit hallita yhdistää, yhdistää, luoda rakenne, joka on niin stabiili kuin mahdollista; yksi, jota säätelee ioninen sitoutuminen (yläkuva). Na ⁺ kationit ovat pienempiä kuin Cl ^- anionit koska yhä tehokas ydin- voima niiden ydin ulkoista elektroneja.

NaCl: n ioninen sidos. Rhannosh / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Ionisidokselle on tunnusomaista perustamalla järjestettyjä rakenteita, joissa ionien välinen etäisyys (Na ⁺ ja Cl ^- NaCl: n tapauksessa) on pieni verrattuna muihin kiintoaineisiin. Joten puhumme ionisesta kiteisestä rakenteesta.

Kuinka ioninen sidos muodostuu?

Ionisidonta tapahtuu vain, jos elektronien jakauma tapahtuu siten, että ionien varaukset syntyvät. Tämän tyyppinen sidos ei voi koskaan tapahtua neutraalien hiukkasten välillä. Kationien ja anionien on välttämättä oltava. Mutta mistä he tulevat?

Ionisidoksen kuva. a) Natriumilla on negatiivinen nettovaraus. b) Natrium luovuttaa elektronin klooriksi. Natriumilla on positiivinen nettovaraus ja kloorilla negatiivinen nettovaraus, joka muodostaa ionisen sidoksen. Tämän tyyppinen sidos miljoonien Na- ja Cl-atomien välillä aiheuttaa fysikaalisen suolan. OpenStax College / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

Ioneja syntyy monia reittejä, mutta olennaisesti monet perustuvat hapettumisen-pelkistysreaktioon. Suurin osa epäorgaanisista ioniyhdisteistä koostuu metallisesta elementistä, joka on sidottu ei-metallisella elementillä (jaksollisen taulukon p-lohkossa).

Metallin on hapetettava, kadotettava elektroneja tullakseen kationiksi. Toisaalta ei-metalliset elementit pelkistyvät, saavat nämä elektronit ja niistä tulee anioni. Seuraava kuva kuvaa tätä pistettä NaCl: n muodostumiseksi natrium- ja klooriatomeista:

Ionisidoksen muodostuminen. Lähde: Shafei arabialaisessa Wikipediassa / julkinen

Na atomi luovuttaa yhden sen valenssi elektroneja Cl. Kun tämä jakelu elektroneja tapahtuu, Na ⁺ ja Cl ^- ioneja, jotka alkavat vetävät toisiaan välittömästi ja sähköstaattisesti.

Siksi sanotaan, että Na ⁺ ja Cl ^- eivät jaa yhtään elektroniparia toisin kuin mitä hypoteettiselta Na-Cl-kovalenttiselle sidokselle voidaan odottaa.

Ionisidoksen ominaisuudet

Ionisidos ei ole suunnattu, ts. Sen voima ei esiinny yhdessä suunnassa, vaan leviää pikemminkin avaruuden läpi ioneja erottavien etäisyyksien funktiona. Tämä tosiasia on tärkeä, koska se tarkoittaa ionien sitoutumista tiukasti, mikä selittää useita ionisten kiinteiden aineiden fysikaalisia ominaisuuksia.

Sulamispiste

Ionisidos vastaa siitä, että suola sulaa 801 ºC: n lämpötilassa. Tämä lämpötila on huomattavasti korkea verrattuna eri metallien sulamispisteisiin.

Tämä johtuu siitä, että NaCl: n on absorboitava tarpeeksi lämpöä ioniensa alkamiseksi virtaamaan vapaasti kiteistään; se on, vie välillä Na ⁺ ja Cl ^- on voitettava.

Kiehumispiste

Ioniyhdisteiden sulamis- ja kiehumispisteet ovat erityisen korkeat johtuen niiden voimakkaista sähköstaattisista vuorovaikutuksista: niiden ionisidoksesta. Koska tämä sidos sisältää kuitenkin monia ioneja, tämä käyttäytyminen johtuu yleensä pikemminkin molekyylienvälisistä voimista, ei oikein ionisesta sitoutumisesta.

Suolan tapauksessa saadaan neste, joka koostuu samoista lähtöioneista, kun NaCl on sulanut; vasta nyt he liikkuvat vapaammin. Ionisidos on edelleen läsnä. Na ⁺ ja Cl ^- ionit kohtaavat nesteen pinnalla muodostaen suuren pintajännityksen, joka estää ioneja pääsemästä kaasufaasiin.

Siksi sulan suolan on korotettava lämpötilaaan vielä enemmän kiehua. NaCl: n kiehumispiste on 1465 ° C. Tässä lämpötilassa lämpö ylittää nesteen Na ^{+: n} ja Cl ^- välillä olevien nähtävyyksien, joten NaCl-höyryjä alkaa muodostua ilmakehän paineella.

elektronegatiivisuus

Aikaisemmin sanottiin, että ioninen sidos muodostuu metallisen elementin ja ei-metallisen elementin väliin. Lyhyesti: metallin ja ei-metallin välillä. Näin on yleensä epäorgaanisten ioniyhdisteiden suhteen; erityisesti binaarityyppiset, kuten NaCl.

Jotta tapahtuu elektronien jakautuminen (Na ⁺ Cl ^-) eikä jakautuva (Na-Cl), kahden atomin välillä on oltava suuri ero elektronegatiivisuudessa. Muutoin näiden kahden välillä ei olisi ionista sidosta. Na ja Cl saattavat lähentyä toisiaan, olla vuorovaikutuksessa, mutta heti Cl, korkeamman elektronegatiivisuudensa takia, "ottaa" elektronin Na: sta.

Tämä skenaario koskee kuitenkin vain binaarisia yhdisteitä, MX, kuten NaCl. Muille suoloille tai ioniyhdisteille niiden muodostumisprosessit ovat monimutkaisempia, eikä niitä voida lähestyä pelkästään atomien tai molekyylien näkökulmasta.

Tyypit

Ionisidoksia ei ole erityyppisiä, koska sähköstaattinen ilmiö on puhtaasti fysikaalista, ja se vaihtelee vain ionien vuorovaikutustavan tai niiden hallussa olevien atomien lukumäärän suhteen; ts. jos ne ovat monatomisia tai polyatomisia ioneja. Samoin kukin alkuaine tai yhdiste tuottaa ominaisionin, joka määrittelee yhdisteen luonteen.

Esimerkkiosassa tutkitaan tätä asiaa, ja on nähtävissä, että ioninen sidos on olennaisesti sama kaikissa yhdisteissä. Kun tämä ei ole toteutunut, sanotaan, että ionisidoksella on tietty kovalenttinen luonne, mikä on tapaus monissa siirtymämetallisuoloissa, joissa anionit koordinoituvat kationien kanssa; esimerkiksi FeCI ₃ (Fe ³⁺ -Cl ^-).

Esimerkkejä ionisista sidoksista

Alla luetellaan useita ioniyhdisteitä, ja niiden ionit ja suhteet korostetaan:

- magnesiumkloridi

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

- Kaliumfluoridi

KF, (K ⁺ F ^-), 1: 1-suhde (K ⁺: F ^-)

- Natriumsulfidi

Na ₂ S, (Na ⁺ S ^2-), on 2: 1-suhteessa (Na2 ⁺: S ^-2-)

- Litohydroksidi

LiOH, (Li ⁺ OH ^-), 1: 1-suhde (Li ⁺: OH ^-)

- Kalsiumfluoridi

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

- Sooda

Na ₂ CO ₃, (Na ⁺ CO ₃ ^2-), on 2: 1-suhteessa (Na2 ⁺: CO ₃ ^2-)

- Kalsiumkarbonaatti

CaCO ₃, (Ca ²⁺ CO ₃ ²), suhteessa 1: 1 (Ca ^{2 +}: CO ₃ ²)

- Kaliumpermanganaattia

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

- Kuparisulfaatti

CuSO ₄, (Cu ²⁺ SO ₄ ²), suhteessa 1: 1 (Cu ^{2 +}: SO ₄ ²)

- Bariumhydroksidi

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

- alumiinibromidi

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

- Rauta (III) oksidi

Fe ₂ O ₃, (Fe ³⁺ O ^2-), on 2: 3-suhde (2Fe ³⁺: 3O ^2-)

- Strontiumoksidi

SrO, (Sr ²⁺ O ²), suhteessa 1: 1 (Sr ²⁺: O ²)

- Hopeakloridi

AgCl, (Ag ⁺ Cl ^-), 1: 1-suhde (Ag ⁺: Cl ^-)

- Muut

CH ₃ COONa, (CH ₃ COONa ⁺), 1: 1-suhde (CH ₃ COO ^-: Na ⁺)

- NH ₄ I, (NH ₄ ⁺ I ^-), 1: 1-suhteessa (NH ₄ ⁺: I ^-)

Jokaisella näistä yhdisteistä on ioninen sidos, jossa miljoonat ionit, jotka vastaavat niiden kemiallisia kaavoja, kiinnittyvät sähköstaattisesti ja muodostavat kiinteän aineen. Mitä suurempi on sen ionisten varausten suuruus, sitä voimakkaampia ovat sähköstaattiset vetovoimat ja vasteet.

Siksi ioninen sidos on taipumus olla vahvempi, mitä suurempia varaukset ioneille muodostavat yhdisteen.

Ratkaistuja harjoituksia

Tässä on joitain harjoituksia, jotka toteuttavat ionisidoksen perustiedot.

- Harjoitus 1

Mikä seuraavista yhdisteistä on ioninen? Vaihtoehdot ovat: HF, H ₂ O, NaH, H ₂ S, NH _3, ja MgO.

Ioniyhdisteellä täytyy määritelmän mukaan olla ioninen sidos. Mitä suurempi elektronegatiivisuusero sen rakenneosien välillä on, sitä suurempi mainitun sidoksen ioninen luonne on.

Näin ollen, vaihtoehtoja, joilla ei ole metallinen alkuaine on sulkea pois periaatteessa: HF, H ₂ O, H ₂ S- ja NH ₃. Kaikki nämä yhdisteet koostuvat vain ei-metallisista elementeistä. NH ₄ ⁺ kationi on poikkeus tähän sääntöön, sillä se ei ole metalleja.

Loput vaihtoehdot ovat NaH ja MgO, joissa metallit Na ja Mg ovat kiinnittyneet ei-metallisiin elementteihin. NaH: ta (Na ⁺ H ^-) ja MgO (Mg ²⁺ O ^2-) ovat ionisia yhdisteitä.

- Harjoitus 2

Harkitse seuraavaa hypoteettista yhdistettä: Ag (NH ₄) ₂ CO ₃ I. Mitkä ovat sen ionit ja missä suhteessa ne löytyvät kiinteästä aineesta?

Hajottamalla yhdiste tulee sen ionien meillä on: Ag ⁺, NH ₄ ⁺, CO ₃ ^2- ja I ^-. Nämä on liitetty sähköstaattisesti jälkeen suhteessa 1: 2: 1: 1 (Ag ⁺: 2NH ₄ ⁺: CO ₃ ^2-: I ^-). Tämä tarkoittaa sitä, että määrä on NH ₄ ⁺ kationit on kaksinkertainen Ag ⁺, CO ₃ ^2- ja I ^- ioneja.

- Harjoitus 3

KBr koostuu K ^{+ -} ja Br ^- ioneista suurella varauksella. Sitten CaS on Ca ²⁺ ja S ² ionit, jossa syytettynä kaksinkertainen suuruutta, jotta se voisi ajatella, että ioninen sidos CAS vahvempi kuin KBrrssa; ja myös vahvempi kuin Na ₂ SO ₄, koska jälkimmäinen koostuu Na ⁺ ja SO ₄ ² -ioneja.

Sekä CaS: llä että CuO: lla voi olla yhtä vahva ioninen sidos, koska ne molemmat sisältävät ioneja, joilla on kaksinkertainen vahvuus. Seuraavaksi meillä on AlPO ₄, Al ³⁺ ja PO ₄ ³ ioneja. Näillä ioneilla on kolminkertaisia ​​varauksia, joten AlPO _4: n ionisen sidoksen tulisi olla vahvempi kuin kaikissa aiemmissa vaihtoehdoissa.

Ja lopuksi, meillä on voittaja Pb ₃ P ₄, koska jos oletetaan, että se koostuu ioneista, niistä tulee Pb ⁴⁺ ja P ^3-. Heidän veloituksensa ovat suurimmat; ja siksi, Pb ₃ P ₄ on yhdiste, joka todennäköisesti on vahvin ionisidos.

Viitteet

1. Whitten, Davis, Peck ja Stanley. (2008). Kemia (8. painos). CENGAGE -oppiminen.
2. Shiver ja Atkins. (2008). Epäorgaaninen kemia. (Neljäs painos). Mc Graw Hill.
3. Wikipedia. (2020). Ionisidonta. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, tohtori Anne Marie (11. helmikuuta 2020). Ionic vs. kovalenttisidokset - ymmärrä ero. Palautettu osoitteesta: gondo.com
5. Encyclopaedia Britannican toimittajat. (31. tammikuuta 2020). Ionisidos. Encyclopædia Britannica. Palautettu osoitteesta: britannica.com
6. Chemicool-sanakirja. (2017). Määritelmä Ionic Bonding. Palautettu osoitteesta: chemicool.com