نحوه شناسایی مواد با پیوند یونی پیوند شیمیایی

پیوند شیمیایی یونی (الکترو ظرفیتی).- پیوند به دلیل تشکیل جفت الکترون به دلیل انتقال الکترون های ظرفیت از یک اتم به اتم دیگر. برای ترکیبات فلزی با معمولی ترین غیر فلزات معمولی است، به عنوان مثال:

Na + + Cl - = Na + Cl

مکانیسم تشکیل پیوند یونی را می توان با استفاده از مثال واکنش بین سدیم و کلر در نظر گرفت. یک اتم فلز قلیایی به راحتی یک الکترون از دست می دهد، در حالی که اتم هالوژن یک الکترون به دست می آورد. در نتیجه یک کاتیون سدیم و یک یون کلرید تشکیل می شود. آنها به دلیل جاذبه الکترواستاتیکی بین آنها یک اتصال ایجاد می کنند.

برهمکنش بین کاتیون ها و آنیون ها به جهت بستگی ندارد، بنابراین پیوند یونی غیر جهت دار است. هر کاتیون می تواند هر تعداد آنیون را جذب کند و بالعکس. به همین دلیل است که پیوند یونی اشباع نشده است. تعداد برهمکنش‌های بین یون‌ها در حالت جامد فقط به اندازه بلور محدود می‌شود. بنابراین، "مولکول" یک ترکیب یونی را باید کل کریستال در نظر گرفت.

پیوند یونی ایده آل عملا وجود ندارد. حتی در ترکیباتی که معمولاً یونی نامیده می شوند، انتقال کامل الکترون از یک اتم به اتم دیگر وجود ندارد. الکترون ها تا حدی در استفاده رایج باقی می مانند. بنابراین، پیوند موجود در لیتیوم فلوراید 80٪ یونی و 20٪ کووالانسی است. بنابراین صحبت از آن صحیح تر است درجه یونیته(قطبیت) پیوند شیمیایی کووالانسی. اعتقاد بر این است که با تفاوت در الکترونگاتیوی عناصر 2.1، پیوند 50٪ یونی است. اگر اختلاف بیشتر باشد، ترکیب را می توان یونی در نظر گرفت.

مدل یونی پیوند شیمیایی به طور گسترده برای توصیف خواص بسیاری از مواد، در درجه اول ترکیبات فلزات قلیایی و قلیایی خاکی با غیر فلزات استفاده می شود. این به دلیل سادگی توصیف چنین ترکیباتی است: در نظر گرفته می شود که آنها از کره های باردار تراکم ناپذیر مربوط به کاتیون ها و آنیون ها ساخته شده اند. در این حالت، یون ها تمایل دارند خود را به گونه ای مرتب کنند که نیروهای جاذبه بین آنها حداکثر و نیروهای دافعه حداقل باشند.

پیوند هیدروژنی

پیوند هیدروژنی نوع خاصی از پیوند شیمیایی است. مشخص است که ترکیبات هیدروژنی با نافلزات بسیار الکترونگاتیو مانند F، O، N دارای نقطه جوش غیر طبیعی بالا هستند. اگر در سری Н 2 Тe–H 2 Se–H 2 S نقطه جوش به طور طبیعی کاهش می یابد ، هنگام عبور از H 2 S به Н 2 О ، جهش شدید به افزایش این دما مشاهده می شود. همین تصویر در سری اسیدهای هیدروهالیک نیز مشاهده می شود. این نشان دهنده وجود یک برهمکنش خاص بین مولکول های H 2 O و مولکول های HF است. چنین برهمکنشی باید مانع جدایی مولکول ها از یکدیگر شود، به عنوان مثال. فراریت آنها را کاهش می دهد و در نتیجه نقطه جوش مواد مربوطه را افزایش می دهد. به دلیل تفاوت زیاد در ER، پیوندهای شیمیایی H–F، H–O، H–N بسیار قطبی شده‌اند. بنابراین، اتم هیدروژن دارای بار موثر مثبت (δ +) و اتم های F، O و N دارای چگالی الکترون اضافی هستند و بار منفی دارند ( -). به دلیل جاذبه کولن، یک اتم هیدروژن با بار مثبت یک مولکول با اتم الکترونگاتیو یک مولکول دیگر برهمکنش می‌کند. به همین دلیل، مولکول ها به یکدیگر جذب می شوند (نقاط پررنگ نشان دهنده پیوندهای هیدروژنی است).

هیدروژنچنین پیوندی نامیده می شود که با استفاده از اتم هیدروژن که بخشی از یکی از دو ذره متصل (مولکول یا یون) است، تشکیل می شود. انرژی پیوند هیدروژنی ( 21–29 kJ/mol یا 5–7 kcal/mol) تقریباً 10 برابر کمترانرژی یک پیوند شیمیایی معمولی و با این حال، پیوند هیدروژنی باعث وجود جفت مولکول های دیمری (H 2 O ) 2 ، ( HF ) 2 و اسید فرمیک می شود.

در مجموعه ای از ترکیبات اتم های HF، HO، HN، HCl، HS، انرژی پیوند هیدروژنی کاهش می یابد. همچنین با افزایش دما کاهش می‌یابد، بنابراین مواد در حالت بخار فقط تا حد کمی پیوند هیدروژنی را نشان می‌دهند. مشخصه مواد در حالت مایع و جامد است. موادی مانند آب، یخ، آمونیاک مایع، اسیدهای آلی، الکل ها و فنل ها به دایمرها، تریمرها و پلیمرها مرتبط هستند. در حالت مایع، دایمرها پایدارترین هستند.

پیوند یونی

نظریه پیوند شیمیاییطول می کشد جایگاه مهمی در شیمی مدرن. او است توضیح می دهد که چرا اتم ها برای تشکیل ذرات شیمیایی ترکیب می شوند، و امکان مقایسه پایداری این ذرات را فراهم می کند. استفاده كردن نظریه پیوند شیمیایی، می توان پیش بینی ترکیب و ساختار ترکیبات مختلف. مفهومی از شکستن برخی پیوندهای شیمیایی و تشکیل برخی دیگر زیربنای ایده های مدرن است در مورد تبدیل مواد در جریان واکنش های شیمیایی .

پیوند شیمیایی- این هست برهمکنش اتم ها , تعیین پایداری یک ذره شیمیایییا کریستال به عنوان یک کل . پیوند شیمیاییتشکیل شده از طریق برهمکنش الکترواستاتیکیبین ذرات باردار : کاتیون ها و آنیون ها، هسته ها و الکترون ها. هنگامی که اتم ها به یکدیگر نزدیک می شوند، نیروهای جاذبه بین هسته یک اتم و الکترون های اتم دیگر و همچنین نیروهای دافعه بین هسته ها و بین الکترون ها شروع به عمل می کنند. در مقداری فاصله اینها نیروها یکدیگر را متعادل می کنند، و یک ذره شیمیایی پایدار تشکیل می شود .

هنگامی که یک پیوند شیمیایی تشکیل می شود، توزیع مجدد قابل توجهی از چگالی الکترون اتم ها در ترکیب می تواند در مقایسه با اتم های آزاد رخ دهد.

در مورد محدود، این منجر به تشکیل ذرات باردار - یون ها (از یونانی "یون" - رفتن) می شود.

1 برهمکنش یونها

اگر یک اتم یکی را از دست می دهدیا چند الکترون، سپس او تبدیل به یک یون مثبت - کاتیون می شود(ترجمه از یونانی - " پایین رفتن"). اینگونه است کاتیون ها هیدروژن H +، لیتیوم Li +، باریم Ba 2+ . اتم ها با به دست آوردن الکترون ها به یون های منفی - آنیون تبدیل می شوند(از یونانی "آنیون" - بالا رفتن). نمونه هایی از آنیون ها هستند یون فلوراید F-، یون سولفید S2- .

کاتیون هاو آنیون هاقادر است یکدیگر را جذب کنند. این باعث می شود پیوند شیمیایی، و ترکیبات شیمیایی تشکیل می شود. این نوع پیوند شیمیایی نامیده می شود پیوند یونی :

2 تعریف پیوند یونی

پیوند یونییک پیوند شیمیایی است تحصیل کردهدر هزینه جاذبه الکترواستاتیکی بین کاتیون هاو آنیون ها .

مکانیسم تشکیل پیوند یونی را می توان در مثالی از واکنش بین در نظر گرفت سدیم و کلر . یک اتم فلز قلیایی به راحتی یک الکترون را از دست می دهد، آ اتم هالوژن - به دست می آورد. در نتیجه این وجود دارد کاتیون سدیمو یون کلرید. آنها از طریق ارتباط برقرار می کنند جاذبه الکترواستاتیکی بین آنها .

تعامل بین کاتیون هاو آنیون ها به جهت بستگی ندارد، از همین رو در مورد پیوند یونیآنها در مورد صحبت می کنند غیر جهت دار. هر یک کاتیونشاید هر تعداد آنیون را جذب کند، و برعکس. از همین رو پیوند یونیاست غیر اشباع. عدد فعل و انفعالات بین یون ها در حالت جامد فقط به اندازه بلور محدود می شود. از همین رو " مولکول " ترکیب یونی باید کل کریستال در نظر گرفته شود .

برای ظهور پیوند یونی لازم است، به مجموع انرژی های یونیزاسیون E i(برای تشکیل کاتیون)و میل ترکیبی الکترون Ae(برای تشکیل آنیون)باید باشد از نظر انرژی سودآور. آی تی تشکیل پیوندهای یونی توسط اتم های فلزات فعال را محدود می کند(عناصر گروه های IA و IIA، برخی از عناصر گروه IIIA و برخی عناصر انتقالی) و غیر فلزات فعال(هالوژن ها، کالکوژن ها، نیتروژن).

پیوند یونی ایده آل عملا وجود ندارد. حتی در آن دسته از ترکیباتی که معمولاً به آنها اشاره می شود یونی , انتقال کامل الکترون از یک اتم به اتم دیگر وجود ندارد ; الکترون ها تا حدی در استفاده رایج باقی می مانند. بله، اتصال لیتیوم فلوراید 80 درصد یونیو 20 درصد - کووالانسی. بنابراین صحبت از آن صحیح تر است درجه یونیته (قطبیت) پیوند شیمیایی کووالانسی. اعتقاد بر این است که با یک تفاوت الکترونگاتیویعناصر 2.1 ارتباطروشن است 50 درصد یونی. در تفاوت بیشترترکیب را می توان یونی در نظر گرفت .

مدل یونی یک پیوند شیمیایی به طور گسترده ای برای توصیف خواص بسیاری از مواد استفاده می شود.، در وهله اول، اتصالات قلیاییو فلزات قلیایی خاکی با غیر فلزات. این به دلیل است سهولت توصیف چنین ترکیباتی: معتقدند از ساخته شده اند کره های باردار تراکم ناپذیر، متناظر کاتیون ها و آنیون ها. در این حالت، یون ها تمایل دارند خود را به گونه ای مرتب کنند که نیروهای جاذبه بین آنها حداکثر و نیروهای دافعه حداقل باشند.

پیوند یونی- یک پیوند شیمیایی قوی بین اتم ها با یک تفاوت بزرگ (> 1.7 در مقیاس پالینگ) الکترونگاتیوی، با کدامیک جفت الکترون مشترک به طور کامل به اتمی با الکترونگاتیوی بیشتر می رود.این جذب یون ها به عنوان اجسام با بار مخالف است. به عنوان مثال ترکیب CsF است که در آن "درجه یونیته" 97٪ است.

پیوند یونی- حالت شدید قطبش یک پیوند قطبی کووالانسی. بین تشکیل شده است فلزی و غیر فلزی معمولی. در این مورد، الکترون های موجود در فلز به طور کامل به غیر فلزی منتقل می شود . یون ها تشکیل می شوند.

اگر بین اتم هایی که دارند پیوند شیمیایی ایجاد شود اختلاف الکترونگاتیوی بسیار زیاد (EO > 1.7 طبق پاولینگ)، سپس جفت الکترون مشترک کاملاً است به اتمی با EC بالاتر می رود. این منجر به تشکیل یک ترکیب می شود یون های با بار مخالف :

بین یون های تشکیل شده وجود دارد جاذبه الکترواستاتیکی، که نامیده می شود پیوند یونی. بلکه این دیدگاه راحت. در عمل پیوند یونیبین اتم های موجود در در شکل خالص آن در هیچ جا یا تقریباً هیچ کجا تحقق نمی یابد، معمولاً در واقعیت ارتباط برقرار است تا حدی یونی , و شخصیت تا حدی کووالانسی. در عین حال ارتباطات یون های مولکولی پیچیده اغلب می توان آن را کاملاً یونی در نظر گرفت. مهمترین تفاوت پیوندهای یونی با سایر انواع پیوندهای شیمیایی است عدم جهت و اشباع نبودن. به همین دلیل است که کریستال هایی که به دلیل پیوند یونی تشکیل شده اند به سمت بسته بندی های مختلف نزدیک یون های مربوطه جذب می شوند.

3 شعاع یونی

در بیکار مدل الکترواستاتیک پیوند یونیمفهوم استفاده می شود شعاع یونی . مجموع شعاع های کاتیون و آنیون همسایه باید برابر با فاصله بین هسته ای مربوطه باشد. :

r 0 = r + + r −

در عین حال باقی می ماند مبهمکجا ببریم مرز بین کاتیون و آنیون . امروزه شناخته شده است , که یک پیوند یونی خالص وجود ندارد، مثل همیشه مقداری همپوشانی ابر الکترونی وجود دارد. برای در محاسبات شعاع یونی از روش های تحقیق استفاده می شود، که به شما امکان می دهد چگالی الکترون بین دو اتم را تعیین کنید . فاصله بین هسته ای در یک نقطه تقسیم می شود، جایی که چگالی الکترون حداقل است .

اندازه یون به عوامل زیادی بستگی دارد. در بار ثابت یون با افزایش شماره سریال(و در نتیجه، بار هسته ای) شعاع یونی کاهش می یابد. این امر به ویژه قابل توجه است در سری لانتانید، جایی که شعاع یونی به صورت یکنواخت از ساعت 117 بعد از ظهر برای (La 3+) تا 100 pm (Lu 3+) با عدد هماهنگی 6 تغییر می کند.. این اثر نامیده می شود فشرده سازی لانتانید .

AT گروه های عنصر شعاع یونی به طور کلی با افزایش عدد اتمی افزایش می یابد. با این حال برای د-عناصر دوره های چهارم و پنجم به دلیل فشرده سازی لانتانید حتی کاهش شعاع یونی نیز ممکن است رخ دهد(مثلا از ساعت 73 برای Zr 4+ تا 72 بعد از ظهر برای Hf 4+ با شماره هماهنگی 4).

در دوره، کاهش قابل توجهی در شعاع یونی وجود داردمرتبط با افزایش جاذبه الکترون ها به سمت هسته با افزایش همزمان بار هسته و بار خود یون: ساعت 116 برای Na +، 86 بعد از ظهر برای Mg 2+، 68 بعد از ظهر برای Al 3+ (هماهنگی شماره 6). به همان دلیل افزایش بار یک یون منجر به کاهش شعاع یونی برای یک عنصر می شود: Fe 2+ 77 pm, Fe 3+ 63 pm, Fe 6+ 39 pm (هماهنگی شماره 4).

مقایسه شعاع یونیمی توان فقط با همان شماره هماهنگی انجام می شود، زیرا به دلیل نیروهای دافعه بین یون های ضد یون بر اندازه یون تأثیر می گذارد. این به وضوح در مثال دیده می شود یون Ag+; شعاع یونی آن است 81، 114 و 129 بعد از ظهربرای شماره های هماهنگی 2، 4 و 6 , به ترتیب .

ساختار ترکیب یونی کامل، به واسطه حداکثر جاذبه بین یون های غیر مشابه و حداقل دافعه بین یون های مشابه، از بسیاری جهات با نسبت شعاع یونی کاتیون ها و آنیون ها تعیین می شود. می توان آن را نشان داد ساختارهای هندسی ساده

4 انرژی پیوند یونی

انرژی پیوندو برای ترکیب یونی- این هست انرژی، که در در طول تشکیل آن از ضد یون های گازی با فاصله بی نهایت از یکدیگر آزاد می شود . در نظر گرفتن تنها نیروهای الکترواستاتیک مربوط به حدود 90٪ از کل انرژی برهمکنش است، که شامل سهم نیروهای غیرالکترواستاتیک نیز می شود(مثلا، دفع پوسته های الکترونی).

عمدتاً به اتمی با الکترونگاتیوی بالاتر می رود. این جذب یون ها به عنوان اجسام با بار مخالف است. به عنوان مثال ترکیب CsF است که در آن "درجه یونیته" 97٪ است. پیوند یونی یک حالت شدید از قطبش یک پیوند کووالانسی قطبی است. بین فلز معمولی و غیر فلزی تشکیل شده است. در این حالت، الکترون های فلز به طور کامل به غیر فلز منتقل می شوند، یون ها تشکیل می شوند.

A ⋅ + ⋅ B → A + [ : B − ] (\displaystyle (\mathsf (A))\cdot +\cdot (\mathsf (B))\to (\mathsf (A))^(+)[: (\mathsf (B))^(-)])

بین یون های تشکیل شده یک جاذبه الکترواستاتیکی وجود دارد که به آن پیوند یونی می گویند. بلکه چنین منظره ای راحت است. در واقع، پیوند یونی بین اتم ها به شکل خالص آن در هیچ جا یا تقریباً هیچ جا تحقق نمی یابد؛ معمولاً، در واقع، پیوند تا حدی یونی و تا حدی کووالانسی است. در عین حال، پیوند یون های مولکولی پیچیده اغلب می تواند کاملاً یونی در نظر گرفته شود. مهمترین تفاوت پیوندهای یونی با سایر انواع پیوندهای شیمیایی عدم جهت و غیر اشباع بودن است. به همین دلیل است که کریستال هایی که به دلیل پیوند یونی تشکیل شده اند به سمت بسته بندی های مختلف نزدیک یون های مربوطه جذب می شوند.

مشخصهاز جمله ترکیبات حلالیت خوبی در حلال های قطبی (آب، اسیدها و غیره) است. این به دلیل قطعات باردار مولکول است. در این حالت، دوقطبی های حلال به سمت انتهای باردار مولکول جذب می شوند و در نتیجه حرکت براونی، مولکول ماده را به قسمت هایی "کشیده" می کنند و آنها را احاطه می کنند و از اتحاد مجدد آنها جلوگیری می کنند. نتیجه یون هایی است که توسط دوقطبی حلال احاطه شده اند.

هنگامی که چنین ترکیباتی حل می شوند، به عنوان یک قاعده، انرژی آزاد می شود، زیرا انرژی کل پیوندهای حلال-یون تشکیل شده بیشتر از انرژی پیوند آنیون-کاتیون است. استثنائات بسیاری از نمک های اسید نیتریک (نیترات ها) هستند که در صورت حل شدن، گرما را جذب می کنند (محلول ها خنک می شوند). واقعیت اخیر بر اساس قوانینی که در شیمی فیزیک در نظر گرفته می شود توضیح داده می شود. برهمکنش یون ها

اگر یک اتم یک یا چند الکترون را از دست بدهد، تبدیل به یک یون مثبت - یک کاتیون (ترجمه شده از یونانی - "پایین رفتن") می شود. به این ترتیب کاتیون های هیدروژن H +، لیتیوم Li +، باریم Ba2 + تشکیل می شوند. اتم ها به یون های منفی تبدیل می شوند - آنیون (از یونانی "آنیون" - بالا رفتن) نمونه هایی از آنیون ها یون فلوراید F-، یون سولفید S2- هستند.

کاتیون ها و آنیون ها قادر به جذب یکدیگر هستند. در این حالت یک پیوند شیمیایی ایجاد می شود و ترکیبات شیمیایی تشکیل می شود. این نوع پیوند شیمیایی را پیوند یونی می نامند:

پیوند یونی یک پیوند شیمیایی است که از جاذبه الکترواستاتیکی بین کاتیون ها و آنیون ها ایجاد می شود.

یوتیوب دایره المعارفی

1 / 3

✪ پیوند یونی. شیمی پایه 8

✪ پیوندهای یونی، کووالانسی و فلزی

✪ پیوند شیمیایی یونی | شیمی پایه 11 #3 | درس اطلاعات

زیرنویس

نمونه ای از تشکیل پیوند یونی

روش تشکیل را با استفاده از مثال "کلرید سدیم" در نظر بگیرید. NaCl. پیکربندی الکترونیکی اتم های سدیم و کلر را می توان به صورت زیر نشان داد: N a 11 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 1 (\displaystyle (\mathsf (Na^(11)1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(1)))و C l 17 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 5 (\displaystyle (\mathsf (Cl^(17)1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(2) 3p^(5)))). اینها اتمهایی با سطح انرژی ناقص هستند. بدیهی است که برای تکمیل آنها، برای یک اتم سدیم راحت تر است که یک الکترون را واگذار کند تا هفت، و برای یک اتم کلر راحت تر است که یک الکترون اضافه کند تا هفت. در یک فعل و انفعال شیمیایی، اتم سدیم به طور کامل یک الکترون را رها می کند و اتم کلر آن را می پذیرد.

به صورت شماتیک، این را می توان به صورت زیر نوشت:

N a − e → N a + (\displaystyle (\mathsf (Na-e\ فلش سمت راست Na^(+))))- یون سدیم، پوسته هشت الکترونی پایدار ( N a + 1 s 2 2 s 2 2 p 6 (\displaystyle (\mathsf (Na^(+)1s^(2)2s^(2)2p^(6)))) به دلیل سطح انرژی دوم. C l + e → C l − (\displaystyle (\mathsf (Cl+e\فلش راست Cl^(-))))- یون کلر، پوسته هشت الکترونی پایدار.

بین یون ها N a + (\displaystyle (\mathsf (Na^(+))))و C l - (\displaystyle (\mathsf (Cl^(-))))نیروهای جاذبه الکترواستاتیکی بوجود می آیند که در نتیجه یک اتصال تشکیل می شود.

پیوند یونی

(از مطالب وب سایت http://www.hemi.nsu.ru/ucheb138.htm استفاده شد)

پیوند یونی با جاذبه الکترواستاتیکی بین یون های دارای بار مخالف انجام می شود. این یون ها در نتیجه انتقال الکترون ها از یک اتم به اتم دیگر تشکیل می شوند. یک پیوند یونی بین اتم هایی تشکیل می شود که تفاوت های زیادی در الکترونگاتیوی دارند (معمولاً بیشتر از 1.7 در مقیاس پالینگ)، به عنوان مثال، بین فلزات قلیایی و هالوژن ها.

اجازه دهید ظاهر یک پیوند یونی را با استفاده از مثال تشکیل NaCl در نظر بگیریم.

از فرمول های الکترونیکی اتم ها

Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 و

Cl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5

مشاهده می شود که برای تکمیل سطح خارجی، برای یک اتم سدیم راحت تر است که یک الکترون را از اضافه کردن هفت الکترون بدهد، و برای یک اتم کلر راحت تر است که یک الکترون اضافه کند تا هفت. در واکنش های شیمیایی، اتم سدیم یک الکترون اهدا می کند و اتم کلر آن را می پذیرد. در نتیجه، لایه‌های الکترونی اتم‌های سدیم و کلر به لایه‌های الکترونی پایدار گازهای نجیب (پیکربندی الکترونیکی کاتیون سدیم) تبدیل می‌شوند.

Na + 1s 2 2s 2 2p 6,

و پیکربندی الکترونیکی آنیون کلر

Cl – - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6).

برهمکنش الکترواستاتیکی یون ها منجر به تشکیل مولکول NaCl می شود.

ماهیت پیوند شیمیایی اغلب در حالت تجمع و خواص فیزیکی ماده منعکس می شود. ترکیبات یونی مانند کلرید سدیم NaCl جامد و نسوز هستند زیرا بین بارهای یون های "+" و "-" آنها نیروهای جاذبه الکترواستاتیکی قوی وجود دارد.

یک یون کلرید با بار منفی نه تنها یون Na + "خود"، بلکه سایر یون های سدیم اطراف خود را نیز جذب می کند. این منجر به این واقعیت می شود که در نزدیکی هر یک از یون ها یک یون با علامت مخالف وجود ندارد، بلکه چندین یون وجود دارد.

ساختار بلور سدیم کلرید NaCl.

در واقع در اطراف هر یون کلرید 6 یون سدیم و در اطراف هر یون سدیم 6 یون کلرید وجود دارد. به چنین بسته بندی منظمی از یون ها، کریستال یونی می گویند. اگر یک اتم کلر مجزا در یک کریستال جدا شود، در بین اتم‌های سدیم اطراف دیگر نمی‌توان اتم‌هایی را که کلر با آن واکنش نشان می‌داد پیدا کرد.

یون ها که توسط نیروهای الکترواستاتیک به یکدیگر جذب می شوند، به شدت تمایلی به تغییر مکان خود تحت تأثیر یک نیروی خارجی یا افزایش دما ندارند. اما اگر کلرید سدیم ذوب شود و گرمایش در خلاء ادامه یابد، تبخیر شده و مولکول‌های NaCl دیاتومیک را تشکیل می‌دهند. این نشان می دهد که نیروهای پیوند کووالانسی هرگز به طور کامل خاموش نمی شوند.

ویژگی های اصلی پیوند یونی و خواص ترکیبات یونی

1. پیوند یونی یک پیوند شیمیایی قوی است. انرژی این پیوند حدود 300 تا 700 کیلوژول بر مول است.

2. بر خلاف پیوند کووالانسی، پیوند یونی غیر جهت دار است، زیرا یک یون می تواند یون های علامت مخالف را در هر جهتی به سمت خود جذب کند.

3. بر خلاف پیوند کووالانسی، پیوند یونی اشباع نشده است، زیرا برهمکنش یون های علامت مخالف منجر به جبران کامل دوجانبه میدان های نیروی آنها نمی شود.

4. در فرآیند تشکیل مولکول های دارای پیوند یونی، انتقال کامل الکترون صورت نمی گیرد؛ بنابراین پیوند یونی 100% در طبیعت وجود ندارد. در مولکول NaCl، پیوند شیمیایی تنها 80 درصد یونی است.

5. ترکیبات یونی جامدات کریستالی با نقطه ذوب و جوش بالا هستند.

6. بیشتر ترکیبات یونی در آب حل می شوند. محلول ها و مذاب های ترکیبات یونی جریان الکتریکی را هدایت می کنند.

اتصال فلزی

کریستال های فلزی به طور متفاوتی چیده شده اند. اگر یک تکه سدیم فلزی را در نظر بگیرید، متوجه خواهید شد که از نظر ظاهری با نمک خوراکی بسیار متفاوت است. سدیم یک فلز نرم است که به راحتی با چاقو بریده می شود، با چکش صاف می شود، می توان آن را به راحتی در فنجان روی چراغ روح ذوب کرد (نقطه ذوب 97.8 درجه سانتیگراد). در یک کریستال سدیم، هر اتم توسط هشت اتم مشابه دیگر احاطه شده است.

ساختار کریستال سدیم فلزی.

از شکل می توان دریافت که اتم Na در مرکز مکعب دارای 8 همسایه نزدیک است. اما همین را می توان در مورد هر اتم دیگری در کریستال گفت، زیرا همه آنها یکسان هستند. کریستال متشکل از قطعات تکرار شونده "بی نهایت" است که در این تصویر نشان داده شده است.

اتم های فلز در سطح انرژی بیرونی حاوی تعداد کمی الکترون ظرفیت هستند. از آنجایی که انرژی یونیزاسیون اتم‌های فلز کم است، الکترون‌های ظرفیت ضعیف در این اتم‌ها حفظ می‌شوند. در نتیجه، یون های دارای بار مثبت و الکترون های آزاد در شبکه کریستالی فلزات ظاهر می شوند. در این حالت کاتیون های فلزی در گره های شبکه کریستالی قرار می گیرند و الکترون ها آزادانه در میدان مراکز مثبت حرکت می کنند و به اصطلاح "گاز الکترون" را تشکیل می دهند.

وجود یک الکترون با بار منفی بین دو کاتیون منجر به این واقعیت می شود که هر کاتیون با این الکترون برهمکنش می کند.

به این ترتیب، پیوند فلزی پیوندی بین یون‌های مثبت در بلورهای فلزی است که توسط جذب الکترون‌هایی که آزادانه در سراسر کریستال حرکت می‌کنند انجام می‌شود.

از آنجایی که الکترون های ظرفیت در فلز به طور مساوی در سراسر کریستال توزیع شده اند، پیوند فلزی، مانند پیوند یونی، یک پیوند بدون جهت است. برخلاف پیوند کووالانسی، پیوند فلزی یک پیوند غیراشباع است. یک پیوند فلزی از نظر استحکام با پیوند کووالانسی نیز متفاوت است. انرژی یک پیوند فلزی حدود سه تا چهار برابر کمتر از انرژی یک پیوند کووالانسی است.

به دلیل تحرک زیاد گاز الکترون، فلزات دارای رسانایی الکتریکی و حرارتی بالایی هستند.

یک کریستال فلزی به اندازه کافی ساده به نظر می رسد، اما ساختار الکترونیکی آن در واقع پیچیده تر از بلورهای نمک یونی است. الکترون های کافی در لایه الکترونی خارجی عناصر فلزی برای تشکیل یک پیوند کووالانسی یا یونی کامل "هشت" وجود ندارد. بنابراین، در حالت گازی، بیشتر فلزات از مولکول های تک اتمی (یعنی اتم های منفرد و نامرتبط) تشکیل شده اند. یک مثال معمولی بخار جیوه است. بنابراین، پیوند فلزی بین اتم‌های فلز تنها در حالت مایع و جامد تجمع رخ می‌دهد.

پیوند فلزی را می توان به صورت زیر توصیف کرد: برخی از اتم های فلز در کریستال حاصل، الکترون های ظرفیت خود را به فضای بین اتم ها می سپردند (در سدیم ... 3s1 است) و به یون تبدیل می شوند. از آنجایی که تمام اتم های فلز در یک کریستال یکسان هستند، هر یک از آنها شانس یکسانی برای از دست دادن یک الکترون ظرفیت دارند.

به عبارت دیگر، انتقال الکترون ها بین اتم های فلز خنثی و یونیزه شده بدون مصرف انرژی اتفاق می افتد. در این حالت همیشه بخشی از الکترون ها به شکل «گاز الکترون» به فضای بین اتم ها ختم می شود.

این الکترون‌های آزاد، اولاً اتم‌های فلز را در فاصله تعادلی معینی از یکدیگر نگه می‌دارند.

ثانیاً، آنها به فلزات یک "درخشش فلزی" مشخصه می دهند (الکترون های آزاد می توانند با کوانتوم های نور تعامل کنند).

ثالثاً، الکترون‌های آزاد فلزات را با رسانایی الکتریکی خوب تأمین می‌کنند. رسانایی حرارتی بالای فلزات نیز با حضور الکترون های آزاد در فضای بین اتمی توضیح داده می شود - آنها به راحتی به تغییرات انرژی "پاسخ" می دهند و به انتقال سریع آن در کریستال کمک می کنند.

یک مدل ساده از ساختار الکترونیکی یک کریستال فلزی.

******** در مثال فلز سدیم، اجازه دهید ماهیت پیوند فلزی را از نقطه نظر ایده هایی در مورد اوربیتال های اتمی در نظر بگیریم. اتم سدیم، مانند بسیاری از فلزات دیگر، فاقد الکترون ظرفیت است، اما اوربیتال‌های ظرفیت آزاد وجود دارد. تنها الکترون 3 ثانیه سدیم می تواند به هر یک از اوربیتال های مجاور انرژی آزاد و نزدیک حرکت کند. هنگامی که اتم‌های یک کریستال به یکدیگر نزدیک می‌شوند، اوربیتال‌های بیرونی اتم‌های همسایه با هم همپوشانی دارند و به همین دلیل الکترون‌های اهدایی آزادانه در سراسر کریستال حرکت می‌کنند.

با این حال، "گاز الکترون" آنطور که به نظر می رسد اصلاً بی نظم نیست. الکترون های آزاد در یک کریستال فلزی در اوربیتال های همپوشانی قرار دارند و تا حدی اجتماعی می شوند و نوعی پیوند کووالانسی را تشکیل می دهند. سدیم، پتاسیم، روبیدیم و سایر عناصر فلزی به سادگی الکترون های مشترک کمی دارند، بنابراین کریستال های آنها شکننده و قابل گداختگی هستند. با افزایش تعداد الکترون های ظرفیت، قدرت فلزات، به عنوان یک قاعده، افزایش می یابد.

بنابراین، عناصر تمایل به تشکیل یک پیوند فلزی دارند که اتم‌های آن در لایه‌های بیرونی دارای الکترون‌های ظرفیت کمی هستند. این الکترون های ظرفیتی که پیوند فلزی را انجام می دهند، به حدی اجتماعی هستند که می توانند در کل کریستال فلز حرکت کنند و رسانایی الکتریکی بالایی برای فلز فراهم کنند.

کریستال NaCl جریان الکتریسیته را هدایت نمی کند زیرا در فضای بین یون ها الکترون آزاد وجود ندارد. تمام الکترون های اهدا شده توسط اتم های سدیم، یون های کلرید را در اطراف خود محکم نگه می دارند. این یکی از تفاوت های اساسی بین کریستال های یونی و فلزی است.

آنچه اکنون در مورد پیوند فلزی می‌دانید، چکش‌خواری (شکل‌پذیری) بالای بیشتر فلزات را نیز توضیح می‌دهد. فلز را می توان به صورت یک ورقه نازک صاف کرد و به داخل سیم کشید. واقعیت این است که لایه‌های جداگانه اتم‌ها در یک کریستال فلزی می‌توانند نسبتاً به راحتی روی یکدیگر بلغزند: «گاز الکترون» متحرک دائماً حرکت یون‌های مثبت منفرد را نرم می‌کند و آنها را از یکدیگر محافظت می‌کند.

البته هیچ کاری از این دست با نمک خوراکی نمی توان انجام داد، هرچند نمک نیز یک ماده کریستالی است. در کریستال‌های یونی، الکترون‌های ظرفیت به طور محکم به هسته یک اتم متصل هستند. جابجایی یک لایه از یون ها نسبت به لایه دیگر منجر به همگرایی یون هایی با همان بار می شود و باعث دافعه قوی بین آنها می شود و در نتیجه کریستال از بین می رود (NaCl ماده ای شکننده است).

جابجایی لایه‌های کریستال یونی باعث پیدایش نیروهای دافعه بزرگ بین یون‌های مشابه و از بین رفتن کریستال می‌شود.

جهت یابی

• حل مسائل ترکیبی بر اساس ویژگی های کمی یک ماده
• حل مسئله. قانون ثبات ترکیب مواد. محاسبات با استفاده از مفاهیم "جرم مولی" و "مقدار شیمیایی" یک ماده

7.1. پیوندهای شیمیایی چیست؟

در فصل های قبل با ترکیب و ساختار اتم های جدا شده عناصر مختلف آشنا شدید، ویژگی های انرژی آنها را مطالعه کردید. اما در طبیعت اطراف ما، اتم های جدا شده بسیار نادر هستند. اتم‌های تقریباً همه عناصر تمایل به اتصال دارند و مولکول‌ها یا دیگر ذرات شیمیایی پیچیده‌تر را تشکیل می‌دهند. مرسوم است که می گویند در این مورد پیوندهای شیمیایی بین اتم ها ایجاد می شود.

الکترون ها در تشکیل پیوندهای شیمیایی نقش دارند. چگونه این اتفاق می افتد، با مطالعه این فصل خواهید آموخت. اما ابتدا باید به این سوال پاسخ دهیم که چرا اتم ها پیوندهای شیمیایی تشکیل می دهند. ما می‌توانیم به این سؤال پاسخ دهیم بدون اینکه چیزی در مورد ماهیت این پیوندها بدانیم: "چون از نظر انرژی مفید است!" اما، در پاسخ به این سوال که در طول تشکیل پیوندها، افزایش انرژی در کجا اتفاق می‌افتد، سعی خواهیم کرد بفهمیم پیوندهای شیمیایی چگونه و چرا تشکیل می‌شوند.

مانند ساختار الکترونیکی اتم‌ها، شیمی کوانتومی پیوندهای شیمیایی را با جزئیات و کاملاً علمی مطالعه می‌کند و ما فقط می‌توانیم از برخی از مهم‌ترین نتیجه‌گیری‌های دانشمندان استفاده کنیم. در این مورد برای توصیف پیوندهای شیمیایی از یکی از ساده ترین مدل ها استفاده می کنیم که وجود سه نوع پیوند شیمیایی (یونی، کووالانسی و فلزی) را فراهم می کند.

به یاد داشته باشید - فقط در صورتی می توانید از هر مدلی به درستی استفاده کنید که محدودیت های کاربرد این مدل را بدانید. مدلی که ما استفاده خواهیم کرد نیز محدودیت های کاربردی خود را دارد. به عنوان مثال، در چارچوب این مدل، توصیف پیوندهای شیمیایی موجود در مولکول های اکسیژن، بیشتر بوروهیدریدها و برخی مواد دیگر غیرممکن است. مدل های پیچیده تری برای توصیف پیوندهای شیمیایی در این مواد استفاده می شود.

1. اگر اندازه اتم های پیوند بسیار متفاوت باشد، اتم های کوچک (مستعد پذیرش الکترون) از اتم های بزرگ (مستعد اهدای الکترون) الکترون می گیرند و یک پیوند یونی تشکیل می شود. انرژی یک کریستال یونی کمتر از انرژی اتم های جدا شده است، بنابراین یک پیوند یونی حتی زمانی رخ می دهد که یک اتم با اهدای الکترون، پوسته الکترونی خود را به طور کامل کامل نکند (ممکن است ناقص بماند. د- یا f-سطح فرعی). نمونه هایی را در نظر بگیرید.

2. اگر اتم های پیوند کوچک هستند ( 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 پیوند کووالانسی.
تشکیل یک پیوند کووالانسی در فضا را می توان به عنوان همپوشانی ابرهای الکترونی از الکترون های ظرفیتی جفت نشده اتم های مختلف تصور کرد. در این حالت، یک جفت الکترون یک ابر الکترونی مشترک را تشکیل می دهد که اتم ها را به هم متصل می کند. هر چه چگالی الکترون در ناحیه همپوشانی بیشتر باشد، انرژی بیشتری در طول تشکیل چنین پیوندی آزاد می شود.
قبل از بررسی ساده‌ترین نمونه‌های تشکیل پیوند کووالانسی، ما موافقت می‌کنیم که الکترون‌های ظرفیت یک اتم را با نقاط اطراف نماد این اتم، با یک جفت نقطه نشان‌دهنده جفت‌های الکترون مشترک و جفت الکترون‌های یک پیوند کووالانسی نشان دهیم. و برای الکترون های جفت نشده نقاط جدا کنید. با این نامگذاری، پیکربندی الکترونیکی ظرفیت یک اتم، به عنوان مثال، فلوئور با نماد، و اتم اکسیژن - نشان داده می شود. فرمول های ساخته شده از چنین نمادهایی نامیده می شوند فرمول های الکترونیکییا فرمول های لوئیس (شیمیدان آمریکایی گیلبرت نیوتن لوئیس آنها را در سال 1916 پیشنهاد کرد). با توجه به میزان اطلاعات ارسالی، فرمول های الکترونیکی در گروه فرمول های ساختاری قرار می گیرند. نمونه هایی از تشکیل پیوندهای کووالانسی توسط اتم ها:

3. اگر اتم های پیوند بزرگ هستند ( r o > 1A)، سپس همه آنها کم و بیش تمایل به اهدای الکترون خود دارند و تمایل آنها به پذیرش الکترونهای خارجی ناچیز است. بنابراین، این اتم های بزرگ نمی توانند با یکدیگر پیوند یونی ایجاد کنند. پیوند کووالانسی بین آنها نیز نامطلوب است، زیرا چگالی الکترون در ابرهای بزرگ الکترونی خارجی ناچیز است. در این حالت، هنگامی که یک ماده شیمیایی از چنین اتمی تشکیل می‌شود، الکترون‌های ظرفیت همه اتم‌های پیوندی اجتماعی می‌شوند (الکترون‌های ظرفیت برای همه اتم‌ها مشترک می‌شوند)، و یک کریستال فلزی (یا مایع) تشکیل می‌شود که در آن اتم‌ها با یکدیگر به هم متصل می‌شوند. یک پیوند فلزی

چگونه می توان تعیین کرد که چه نوع پیوندهایی اتم های عناصر را در یک ماده خاص تشکیل می دهند؟
با توجه به موقعیت عناصر در سیستم طبیعی عناصر شیمیایی، به عنوان مثال:
1. کلرید سزیم CsCl. اتم سزیم (گروه IA) بزرگ است، به راحتی یک الکترون را رها می کند و اتم کلر (گروه VIIA) کوچک است و به راحتی آن را می پذیرد، بنابراین، پیوند در کلرید سزیم یونی است.
2. دی اکسید کربن CO 2 . اتم های کربن (گروه IVA) و اکسیژن (گروه VIA) از نظر اندازه تفاوت چندانی ندارند - هر دو کوچک هستند. از نظر تمایل آنها به پذیرش الکترون، آنها کمی متفاوت هستند، بنابراین پیوند در مولکول CO 2 کووالانسی است.
3. نیتروژن N 2. ماده ساده اتم های پیوند یکسان و در عین حال کوچک هستند، بنابراین، پیوند در مولکول نیتروژن کووالانسی است.
4. کلسیم کلسیم. ماده ساده اتم های پیوند یکسان و بسیار بزرگ هستند، از این رو پیوند در کریستال کلسیم فلزی است.
5. باریم-تتراآلومینیوم BaAl 4. اتم های هر دو عنصر بسیار بزرگ هستند، به ویژه اتم های باریم، بنابراین هر دو عنصر تمایل به اهدای الکترون دارند، بنابراین پیوند در این ترکیب فلزی است.

پیوند یونی، پیوند کووالانسی، پیوند فلزی، شرایط تشکیل آنها.
1. علت اتصال اتم ها و ایجاد پیوندهای شیمیایی بین آنها چیست؟
2. چرا گازهای نجیب از مولکول ها تشکیل نمی شوند، بلکه از اتم ها تشکیل شده اند؟
3. تعیین نوع پیوند شیمیایی در ترکیبات دوتایی: a) KF, K 2 S, SF 4; ب) MgO، Mg 2 Ba، OF 2. ج) Cu 2 O، CaSe، SeO 2. 4. تعیین نوع پیوند شیمیایی در مواد ساده: الف) Na, P, Fe; ب) S 8 , F 2 , P 4 ; ج) Mg، Pb، Ar.

7.Z. یون ها پیوند یونی

در پاراگراف قبل، شما با یون هایی آشنا شدید که با اهدا یا پذیرش الکترون اتم های منفرد تشکیل می شوند. در این حالت، تعداد پروتون های هسته اتم با تعداد الکترون های لایه الکترونی برابری نمی کند و ذره شیمیایی بار الکتریکی پیدا می کند.
اما یک یون همچنین می تواند مانند یک مولکول حاوی بیش از یک هسته باشد. چنین یونی یک سیستم منفرد است که از چندین هسته اتمی و یک پوسته الکترونی تشکیل شده است. بر خلاف یک مولکول، تعداد کل پروتون های هسته با تعداد کل الکترون های لایه الکترونی برابر نیست، بنابراین بار الکتریکی یون است.

یون ها چیست؟ یعنی چگونه می توانند تفاوت داشته باشند؟
با توجه به تعداد هسته های اتم، یون ها به دو دسته تقسیم می شوند ساده(یا تک اتمی) یعنی حاوی یک هسته (مثلاً: K, O 2 ) و مجتمع(یا چند اتمی) یعنی حاوی چندین هسته (به عنوان مثال: CO 3 2 , 3 ). یون های ساده آنالوگ های باردار اتم ها و یون های پیچیده آنالوگ های باردار مولکول ها هستند.
یون ها بر اساس علامت بار خود به کاتیون ها تقسیم می شوند. و آنیون ها.

نمونه هایی از کاتیون ها: K (یون پتاسیم)، Fe 2 (یون آهن)، NH 4 (یون آمونیوم)، 2 (یون مس تترا آمین). نمونه هایی از آنیون ها: Cl (یون کلرید)، N 3 (یون نیترید)، PO 4 3 (یون فسفات)، 4 (یون هگزاسیانوفرات).

با توجه به بار آنها، یون ها به دو دسته تقسیم می شوند تک تیر(K، Cl، NH 4، NO 3، و غیره)، دو شات(Ca 2، O 2، SO 4 2، و غیره) سه تیر(Al 3، RO 4 3، و غیره) و غیره.

بنابراین، ما یون PO 4 3 را یک آنیون پیچیده سه باردار و یون Ca 2 را یک کاتیون ساده با بار مضاعف می نامیم.

علاوه بر این، یون ها در اندازه خود نیز متفاوت هستند. اندازه یک یون ساده با شعاع این یون یا شعاع یونی. تعیین اندازه یونهای پیچیده دشوارتر است. شعاع یون، مانند شعاع اتم، مستقیماً قابل اندازه گیری نیست (همانطور که می دانید، یون مرزهای واضحی ندارد). بنابراین، برای مشخص کردن یون های جدا شده، ما استفاده می کنیم شعاع یونی مداری(نمونه ها در جدول 17 آمده است).

جدول 17. شعاع مداری چند یون ساده

		مداری شعاع، A			مداری شعاع، A
لی			اف		0,400
Na			Cl		0,742
ک			برادر		0,869
Rb			من		1,065
Cs			O2		0,46
2 باش			S2		0,83
Mg2