Вещества с ионной связью: формула и примеры

Ключевая информация

В химической науке существует четыре основных типа связей: ковалентная, ионная, металлическая и водородная. Металл возникает между металлическими элементами, водород — между молекулами, состоящими из водорода и атомами с высокой электроотрицательностью (азот, кислород, фтор).

Ковалентная связь

К ковалентным и ионным связям относятся самые разные соединения, которые по своему составу имеют смешанный тип. Для ионной связи ковалент в некотором смысле выполняет материнскую функцию.

Наиболее частым и распространенным типом химической связи считается ковалентная. Это соединение, при образовании которого пара валентных электронных облаков обобществляется (накладывается). Количество таких связей, образованных атомом элемента, является показателем ковалентности.

Есть два типа ковалентных связей: неполярные и полярные. Определяющими факторами для типа связи являются значения электроотрицательности взаимодействующих атомов химических элементов. Если эти индикаторы для атомов:

Неполярная и полярная ковалентная связь

  • равные или примерно равные (разница между значениями по шкале Полинга до 0,4) — это неполярная ковалентная связь (полная электронная пара не перемещается ни к одному из атомов);
  • различаются, но не сильно (разница от 0,4 до 1,7) — это ковалентная полярная связь (пара электронов смещена к одному из участвующих атомов);
  • заметно различаются (разница более 1,7) — это ионная связь (один или несколько электронов не только смещаются, но почти полностью переносятся на другой атом и всегда на тот, у которого больше значение электроотрицательности, при этом оба участвующих атома вращаются в ионы).

Электростатическое притяжение частиц в ионных связях очень сильно. Эта характеристика обуславливает высокие температуры плавления и кипения веществ с такой связью. Однако 100% ионного соединения не существует. Электронная пара не полностью переходит к более электроотрицательному атому. Фторид цезия CsF следует назвать ярким примером сильнейшего электронного сдвига. Так называемая «степень ионности» в этом соединении достигает 97%.

Механизм образования химической связи

Есть два механизма взаимодействия атомов:

  • обмен — предполагает выделение внешнего электрона от каждого атома и соединение их в общую пару;
  • донор-акцептор — возникает, когда один атом (донор) высвобождает два электрона, а второй атом (акцептор) принимает их на свою свободную орбиталь.

Независимо от механизма химическая связь между атомами сопровождается выделением энергии. Чем больше ЭО атомов, то есть их способность притягивать электроны, тем сильнее это увеличение энергии.

Энергия связи — это энергия, которая выделяется при взаимодействии атомов. Он определяет прочность химической связи и по величине равен силе, необходимой для ее разрыва.

На силу также влияют следующие показатели:

  • Длина связи — это расстояние между ядрами атомов. По мере уменьшения этого расстояния энергия связи увеличивается и увеличивается ее прочность.
  • Кратность связи — количество электронных пар, появившихся при взаимодействии атомов. Чем выше это число, тем больше энергия и, следовательно, прочность связи.

На примере химической связи в молекуле водорода давайте посмотрим, как изменяется энергия системы при уменьшении расстояния между ядрами атомов. По мере приближения ядер друг к другу электронные орбитали этих атомов начинают перекрывать друг друга, в результате чего образуется общая молекулярная орбиталь. Неспаренные электроны через перекрывающиеся области перемещаются от атома к атому, и возникают общие электронные пары. Все это сопровождается увеличивающимся выделением энергии. Схождение происходит до тех пор, пока сила притяжения не будет компенсирована силой отталкивания самих зарядов.

Зависимость энергии системы от расстояния между ядрами атомов

Типы химической связи и их основные отличительные признаки

Типы химической связи

Примеры образования ионной связи

Вот несколько примеров образования ионной связи:

  • взаимодействие кальция и фтора

Ca0 (атом) -2e = Ca2 + (ион)

— Кальцию легче отдать два электрона, чем получить недостающие.

F0 (атом) + 1e = F- (ион)

— фтору же легче принять один электрон, чем отдать семь электронов.

Находим наименьшее общее кратное среди зарядов образовавшихся ионов. Он равен 2. Определяем количество атомов фтора, которые примут два электрона от атома кальция: 2: 1 = 2,4.

Составляем формулу ионной химической связи:

Ca0 + 2F0 → Ca2 + F — 2.

  • взаимодействие натрия и кислорода

Na0 (атом) -1e = Na + (ион)

— натрий входит в основную подгруппу первой группы. Он легко может отдать электрон.

O0 (атом) + 2e = O2– (ион)

— кислород находится в основной подгруппе шестой группы. Конечно, ему легче получить два электрона, чем пожертвовать шесть.

Находим наименьшее общее кратное среди зарядов образовавшихся ионов. Он равен 2: 1 = 2. Определяем количество атомов натрия, которые отдадут два электрона атому кислорода: 2,4.

Составим схему образования ионной связи:

2Na0 + O0 → Na + 2O2−.Вывод

Что мы узнали?

Ионные связи и ионы изучаются в 11 классе. Ионная химическая связь — связь между положительными и отрицательными ионами, осуществляемая между металлами и неметаллами.

Заряды ионов и их классификация

Ионы классифицируют по нескольким критериям:

  • за плату;
  • по наличию водяной оболочки;
  • по составу.

Ионные заряды бывают положительными и отрицательными. Положительные ионы называются катионами. Отрицательный — анионы. Когда они связаны ионными связями, они объединяются, образуя химические соединения.

Во втором основании ионы гидратированы и негидратированы. Первые находятся в растворах и кристаллогидратах. Второй — в безводных солях.

По своему составу ионы делятся на простые и сложные. Простые ионы состоят из одного атома. Сложный — состоящий из нескольких.

По величине заряда ионы классифицируются на:

  • одиночный удар (K+);
  • двойной заряд (Ba2+);
  • тройной заряд (Al3+).

Заряды частиц и их классификация

По определению ионная химическая связь — это комбинация ионов с разными зарядами (положительными и отрицательными). Это частный случай ковалентной полярной связи или, другими словами, крайний случай поляризации.

Положительно заряженные ионы называются катионами. Примеры: K + (ион калия), Fe 2 + (ион железа) и так далее. Катионы образуются в результате возврата (потери) одного или нескольких электронов атомом. У них положительный ядерный заряд, превышающий количество отрицательно заряженных электронов.

Ионная химическая связь

Отрицательно заряженные ионы — это анионы. Примеры: Cl- (хлорид-ион), N 3 — (нитрид-ион) и так далее. Образование анионов происходит в результате приема (приобретения) электрона (или электронов) атомом. Их ядерный заряд меньше количества электронов.

По величине заряда ионы классифицируются по соответствующим категориям (примеры ионов, входящих в группу, показаны в скобках):

  • одиночное попадание (K +, Cl- и т д);
  • двойной заряд (Ca2 +, O2 — и другие);
  • тройной (Al3 + и другие).

Одна из характеристик связи между разными ионами состоит в том, что при взаимодействии друг с другом их заряды полностью разделены. Это связано с большой разницей в электроотрицательности атомов в паре.

Водородная связь

Этот тип связи в химии уникален, так как может быть как внутри молекулы, так и между молекулами. Как правило, в неорганических веществах эта связь возникает между молекулами.

Между водородсодержащими молекулами образуется водородная связь. Точнее, между атомами водорода в этих молекулах и атомами с более высоким содержанием ЭО в других молекулах вещества.

Поясним механизм такой химической связи более подробно. Есть молекулы A и B, которые содержат водород. В этом случае молекула A содержит электроотрицательные атомы, а в молекуле B водород имеет ковалентную полярную связь с другими электроотрицательными атомами. В этом случае между атомом водорода в молекуле B и электроотрицательным атомом в молекуле A образуется водородная связь.

Это взаимодействие носит донорно-акцепторный характер. В этом случае донором электронов является электроотрицательный элемент, а акцептором — водород.

Графически водородная связь обозначена тремя точками. Ниже представлена ​​диаграмма этого взаимодействия на примере молекул воды.

Схема образования водородной связи

Важно В некоторых случаях внутри молекулы может образовываться водородная связь. Это характерно для органических веществ: поливалентных спиртов, углеводов, белковых соединений и т.д.

Характеристики водородной связи:

  • насыщенный,
  • непосредственный.

Водородная связь

Процесс взаимодействия

В отличие от металлической связи, в которой соединение образуется из пары металлических элементов, в образовании ионного соединения атомы металлов и неметаллов действуют как участники. Типичные металлы охотно делятся электронами, и типичные неметаллы также охотно их принимают. Передающий атом называется донором, а принимающий атом — акцептором.

Когда происходит соединение, неметаллический атом переносит электроны на свой внешний энергетический уровень, дополняя его этим методом. В результате он приобретает устойчивую конфигурацию из восьми электронов (по правилу октетов). То есть суть механизма образования ионной связи такова: после взаимного притяжения ионы разного заряда образуют устойчивую связь.

Электроотрицательность атома химического элемента

Атомы с почти полной или почти пустой внешней оболочкой (валентностью) вступают в химические реакции как можно быстрее. Заполнение этого слоя играет ключевую роль в электронном обмене. Небольшое количество пустых орбиталей на внешней оболочке увеличивает шансы того, что атом получит электроны извне. А небольшое количество электронов, находящихся на валентной оболочке, наоборот, увеличивает вероятность того, что электрон отдаст электрон.

Электроотрицательность атома химического элемента выражается в его способности притягивать электроны к своему внешнему слою. Поэтому чем полнее валентная оболочка атома, тем больше значение его электроотрицательности. Показатели электроотрицательности связаны с расположением элементов в таблице Менделеева: чем дальше они друг от друга (расстояние оценивается в основном по группе), тем больше разница между показателями. По этой причине ионные соединения особенно характерны для металлов и неметаллов, находящихся дальше в системе (например, в группах I и VII).

Помимо простого связывания ионов обращает на себя внимание его молекулярное разнообразие. Основная особенность такого соединения состоит в том, что в нем как ионы действуют целые молекулы, а не отдельные атомы, как в обычной связи.

Как возникает, процесс взаимодействия, формулы

Когда образуется соединение с ионной связью, одна из частиц отдает электроны, а вторая принимает их на свою электронную орбиталь.

Положительно заряженный ион образуется, когда электрон дарится, а анион образуется, когда другие электроны присоединяются к атому. Обычно это металлические и неметаллические атомы соответственно.

Иногда ионная связь образуется из неметаллов. Затем электронная пара смещается к элементу с более высоким ЭО.

Кратко о химических связях

Итак, самое главное. Химическая связь — это взаимодействие атомов, причиной которого является стремление системы обрести устойчивое состояние. Во время взаимодействия свободные внешние электроны атомов объединяются попарно или внешний электрон одного атома переходит к другому.

Образование химической связи сопровождается выделением энергии. Эта энергия увеличивается с увеличением числа образованных электронных пар и с уменьшением расстояния между ядрами атомов.

Основные типы химических связей: ковалентные (полярные и неполярные), ионные, металлические и водородные. В отличие от всех остальных водород ближе к молекулярным связям, так как может находиться как внутри одной молекулы, так и между разными молекулами.

Как определить тип химической связи:

  • В неметаллических молекулах между атомами с аналогичным ЭО образуется ковалентная полярная связь.
  • Неполярная ковалентная связь возникает между атомами с разными ЭО.
  • Ионная связь приводит к образованию и взаимному притяжению ионов. Это происходит между металлическими и неметаллическими атомами.
  • Металлическая связь возникает только между атомами металла. Это взаимодействие положительных ионов в кристаллической решетке и свободных отрицательных электронов. Масса свободных электронов, разбросанных по объему, представляет собой «электронное облако».
  • Водородная связь возникает, когда есть высокий атом EO и атом водорода, связанный с другой электроотрицательной частицей ковалентной связью.

Химическая связь и молекулярная структура: тип химической связи определяет кристаллическую решетку вещества: ионная, металлическая, атомная или молекулярная.

Таблица поможет определить тип химической связи в 8 классе.

Состав веществаЭлементы в составе веществаХимическая связьТип кристаллической решетки

Простой Металл Металл Металл
Не металл с тем же EO Неполярный ковалентный Молекулярный или атомный
Жесткий Металл, а не металл Ионный Ионный
Не металл с разными ЭО Ковалентный полярный Молекулярный или атомный

Примеры возникновения

Чтобы подробно рассмотреть, как взаимодействие атомов с противоположными зарядами приводит к образованию связи между ионами, стоит привести несколько простых примеров.

Примеры образования ионной связи

Первый пример — это общее описание механизма возникновения. Для этого подходит химическая реакция образования такого соединения, как хлорид натрия или, проще говоря, поваренная соль. В процессе участвуют атомы щелочного металла (натрия Na) и галогена (хлор Cl). Первый имеет один электрон на внешнем уровне энергии, а второй — семь, то есть ему нужен только один электрон, чтобы заполнить его внешний слой.

Единственный валентный электрон атома металла имеет слабую связь со своим ядром, поэтому Na легко отдает эту частицу. В результате для него освобождается место на уровне внешней энергии. Таким образом, оба участника соединения получили полностью заполненные внешние оболочки. После высвобождения электрона металлический атом превращается в катион натрия Na +, а неметаллический атом, принявший этот электрон, превращается в хлорид-ион Cl-. Образовавшиеся ионы притягиваются друг к другу — возникает ионное соединение.

Схема процесса превращения атомов натрия и хлора в ионы соответствующих элементов и образования из них ионного соединения следующая (скобками указаны электронные слои атомной структуры): Na0) 2e) 8e) 1e + Cl0) 2e) 8e) 7e = Na +) 2e) 8e + Cl-) 2e) 8e) 8e = Na +) 2e) 8e Cl-) 2e) 8e) 8e. Тот же процесс в виде формулы выглядит так: Na0 + Cl0 = Na + + Cl- = Na + Cl-

Таким образом, формула вещества с ионной связью (в данном примере это поваренная соль) имеет следующий вид: Na + Cl- (то есть один участник при взаимодействии приобретает положительный заряд, а другой — при взаимодействии напротив, отрицательный). Ионные вещества всегда имеют сложный состав: они не состоят из одного элемента. Это соединение характерно для следующих веществ:

  • соли;
  • щелочь;
  • оксиды некоторых металлов.

У них есть ионные кристаллические решетки.

Что касается элементов, натрий является одним из наиболее подходящих элементов в периодической таблице Менделеева в качестве примера ионной связи. Это связано с его низкой электроотрицательностью и наличием единственного электрона на внешней оболочке. Второй пример образования ионного соединения также связан с натрием. Рассматриваемое вещество — фторид натрия. В испытании участвуют натрий Na и фтор F.

Пример ионной связи натрия

По важнейшим характеристикам рассматриваемого процесса фтор аналогичен хлору: он имеет высокую электроотрицательность и семь электронов на внешнем слое. Следовательно, он также очень подходит для рассмотрения эталонной ионной связи.

Фторид натрия образуется в результате окислительно-восстановительной реакции между атомами натрия и фтора. Металл отдает свой внешний электрон неметаллу. Последняя внешняя орбиталь атома фтора заполняется, валентный слой натрия освобождается. Оба атома, превращаясь в ионы с противоположным зарядом, приобретают стабильную электронную конфигурацию. Затем между ними возникает электростатическое притяжение, в результате чего они образуют ионное соединение.

Отличия от ковалентного типа

Ионная связь
Ионная связь не имеет направления из-за ее специфичности. Это связано с тем, что электрическое поле иона представляет собой сферу, при этом оно уменьшается или увеличивается в одном направлении равномерно, подчиняясь тому же закону.

В отличие от ковалентной, которая образована суперпозицией электронных облаков.

Второе отличие состоит в том, что ковалентная связь насыщена. Что это означает? Количество электронных облаков, которые могут участвовать во взаимодействии, ограничено.

А в ионном поле, благодаря тому, что электрическое поле имеет сферическую форму, оно может сочетаться с неограниченным количеством ионов. Это означает, что можно сказать, что он не насыщен.

Также его можно охарактеризовать множеством других свойств:

  1. Энергия связи является количественной характеристикой и зависит от количества энергии, которое необходимо затратить на ее разрушение. Это зависит от двух критериев: длины связи и заряда ионов, участвующих в ее образовании. Чем короче его длина и чем больше заряды образующих его ионов, тем прочнее связь.
  2. Длина — этот критерий уже упоминался в предыдущем абзаце. Это зависит исключительно от радиуса частиц, участвующих в образовании соединения. Радиус атомов изменяется следующим образом: он уменьшается в периоде с увеличением порядкового номера, а в группе — увеличивается.

Важно! Прочность также во многом зависит от структуры кристаллической решетки. И вот частицы с одинаковым зарядом находятся на максимально возможном расстоянии, что уменьшает отталкивание между ними и увеличивает саму силу.

Особенности связи

Характеристики ионной связи

Для соединений ионов характерна кристаллическая структура. Ярким примером типичной формы таких веществ является хлорид натрия.

Эти связи очень прочные, настолько сильные, что разрушить их с помощью тепловой энергии крайне проблематично. Однако из-за довольно малого радиуса ионного взаимодействия эти соединения получили такую ​​незавидную характеристику, как хрупкость. Что касается энергии самой связи, то она прямо пропорциональна кратности связи, то есть количеству пар общих электронов.

Ионные соединения хорошо растворяются в полярных растворителях — воде, кислотах и ​​других. Эта характеристика обусловлена ​​зарядом частей молекулы. Помимо растворимости, ионные соединения обладают следующими характеристиками:

Характеристики ионной химической связи

  • сила;
  • длина;
  • поляризуемость;
  • полярность;
  • ненасыщенность;
  • ненаправленность.

Последние два характерных свойства ионной связи отличают ее от других типов химических соединений. Эти характеристики определяют тот факт, что кристаллы ионных веществ притягиваются к различным упаковкам, более плотным, чем соответствующие ионы.

Оцените статью
Блог про химию