7.1: Legătura ionică
abilități de dezvoltat
- Explicați formarea cationilor, anionilor și compușilor ionici.
- Preziceți încărcarea elementelor metalice și nemetalice obișnuite și scrieți configurațiile lor de electroni
După cum ați învățat, ionii sunt atomi sau molecule care transportă o sarcină electrică. Un cation (un ion pozitiv) se formează atunci când un atom neutru pierde unul sau mai mulți electroni din învelișul său de valență, iar un anion (un ion negativ) se formează atunci când un atom neutru câștigă unul sau mai mulți electroni din învelișul său de valență.
Compușii formați din ioni sunt numiți compuși ionici (sau săruri), iar ionii lor constituenți sunt ținuți împreună prin legături ionice - forțe electrostatice de atracție între cationi și anioni cu sarcină opusă. Proprietățile compușilor ionici aruncă o oarecare lumină asupra naturii legăturilor ionice. Solidele ionice prezintă o structură cristalină și tind să fie rigide și fragile; de asemenea, tind să aibă puncte de topire și fierbere ridicate, sugerând că legăturile ionice sunt foarte puternice. Solidele ionice sunt, de asemenea, conductori slabi ai electricității din același motiv: puterea legăturilor ionice împiedică ionii să se miște liber în stare solidă. Majoritatea solidelor ionice, totuși, se dizolvă ușor în apă. Odată dizolvate sau topite, compușii ionici sunt conductori excelenți ai electricității și căldurii, deoarece ionii se pot mișca liber.
Atomii neutri și ionii lor asociați au proprietăți fizice și chimice foarte diferite. Atomii de sodiu formează sodiu metalic, un metal moale, alb-argintiu, care arde energic în aer și reacționează exploziv cu apa. Atomii de clor formează gazul de clor, Cl2, un gaz galben-verzui extrem de coroziv pentru majoritatea metalelor și foarte otrăvitor pentru animale și plante. Reacția viguroasă dintre elementele sodiu și clor formează compusul alb, cristalin al clorurii de sodiu, denumită în mod obișnuit sare de masă, care conține cationi de sodiu și anioni clorură (Figura \ (\ PageIndex \)). Compusul realizat de acești ioni prezintă proprietăți complet diferite de proprietățile elementelor de sodiu și clor. Clorul este otrăvitor, dar clorura de sodiu este esențială pentru viață; atomii de sodiu reacționează energic cu apa, dar clorura de sodiu tocmai se dizolvă în apă.
Formarea compușilor ionici
Compușii ionici binari sunt compuși din doar două elemente: un metal (care formează cationi) și un nemetal (care formează anioni). De exemplu, NaCI este un compus ionic binar. Ne putem gândi la formarea unor astfel de compuși în termeni de proprietăți periodice ale elementelor. Multe elemente metalice au potențiale de ionizare relativ reduse și pierd cu ușurință electroni. Aceste elemente se găsesc în stânga într-o perioadă sau în partea de jos a unui grup de pe tabelul periodic. Atomii nemetalici au afinități electronice relativ mari și astfel câștigă cu ușurință electronii pierduți de atomii metalici și astfel își umple cochilii de valență. Elementele nemetalice se găsesc în colțul din dreapta sus al tabelului periodic.
Deoarece toate substanțele trebuie să fie neutre din punct de vedere electric, numărul total de sarcini pozitive pe cationii unui compus ionic trebuie să fie egal cu numărul total de sarcini negative de pe anionii săi. Formula pentru un compus ionic reprezintă cel mai simplu raport dintre numărul de ioni necesar pentru a da un număr identic de sarcini pozitive și negative. De exemplu, formula pentru oxidul de aluminiu, Al2O3, indică faptul că acest compus ionic conține doi cationi de aluminiu, Al 3+ pentru fiecare trei anioni oxid, O 2− [astfel, (2 × +3) + (3 × –2) = 0] .
Cu toate acestea, este important să rețineți că formula pentru un compus ionic nu reprezintă aranjamentul fizic al ionilor săi. Este incorect să ne referim la o „moleculă” de clorură de sodiu (NaCl) deoarece nu există o singură legătură ionică în sine între orice pereche specifică de ioni de sodiu și clorură. Forțele de atracție dintre ioni sunt izotrope, aceleași în toate direcțiile, ceea ce înseamnă că orice ion particular este atras în mod egal de toți ionii din apropiere cu sarcină opusă. Acest lucru are ca rezultat aranjarea ionilor într-o structură de rețea tridimensională strâns legată. Clorura de sodiu, de exemplu, constă dintr-un aranjament regulat al unui număr egal de cationi Na + și anioni Cl (Figura \ (\ PageIndex \)).