Ионная связь. Понятие электроотрицательности на примере ионной связи

 

 

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

                                      ..………………………….

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

на тему: «Ионная связь.

Понятие электроотрицательности на примере ионной связи»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

 студент группы …..

……..

Проверил:

преподаватель

спец. дисциплин:

………

 

2015

Содержание

 

Введение………………………………………………………………………………….3

1. Взаимодействие ионов…………………………………………………………………..4
2. Определение ионной связи……………………………………………………………...4
3. Ионные радиусы…………………………………………………………………………6
4. Энергия ионной связи…………………………………………………………………...7
5. Поляризация ионов……………………………………………………………………....8
6. Электроотрицательность. Различие между полярной ковалентной и ионной связями……………………………………………………………………………………9
7. Кристаллическая решётка…………………………………………….………………..13

Список литературы…………………………………………………….…………….....15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Теория химической связи занимает важнейшее место в современной химии. Она объясняет, почему атомы объединяются в химические частицы, и позволяет сравнивать устойчивость этих частиц. Используя теорию химической связи, можно предсказать состав и строение различных соединений. Понятие о разрыве одних химических связей и образовании других лежит в основе современных представлений о превращениях веществ в ходе химических реакций.

Химическая связь - это взаимодействие атомов, обусловливающее устойчивость химической частицы или кристалла как целого. Химическая связь образуется за счет электростатического взаимодействия между заряженными частицами: катионами и анионами, ядрами и электронами. При сближении атомов начинают действовать силы притяжения между ядром одного атома и электронами другого, а также силы отталкивания между ядрами и между электронами. На некотором расстоянии эти силы уравновешивают друг друга, и образуется устойчивая химическая частица.

При образовании химической связи может произойти существенное перераспределение электронной плотности атомов в соединении по сравнению со свободными атомами. Это приводит к образованию заряженных частиц - ионов (от греческого "ион" - идущий).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Взаимодействие  ионов

 

Если  атом  теряет  один  или несколько электронов, то он превращается в положительный ион - катион (в переводе с греческого – «идущий вниз»). Так  образуются катионы водорода Н+, лития Li+, бария Ва2+. Приобретая электроны, атомы превращаются в отрицательные ионы - анионы (от греческого "анион" - идущий вверх). Примерами анионов являются фторид ион F−, сульфид-ион S2−. Катионы и анионы способны притягиваться друг к другу. При этом возникает химическая связь, и образуются  химические соединения. Такой тип химической связи называется ионной связью:

 

 

2. Определение  ионной связи

 

Ионная связь - это химическая связь, образованная за счет электростатического притяжения  между  катионами  и  анионами.

Механизм  образования  ионной  связи  можно  рассмотреть  на примере  реакции  между  натрием  и  хлором. Атом щелочного металла легко теряет электрон, а атом галогена - приобретает. В результате этого возникает  катион  натрия  и  хлорид-ион. Они образуют соединение за счет электростатического притяжения между ними. Взаимодействие между катионами  и  анионами  не зависит от направления, поэтому  об ионной связи говорят как о ненаправленной. Каждый  катион  может  притягивать  любое  число  анионов,  и наоборот. Вот почему ионная связь является ненасыщенной.

Число взаимодействий между ионами в твердом состоянии ограничивается  размерами  кристалла.  Поэтому  "молекулой"  ионного соединения  считают весь кристалл.

Для  возникновения  ионной  связи  необходимо,  чтобы сумма значения энергии, ионизации Ei (для образования катиона) и сродства к электрону Ae (для образования аниона) должна быть энергетически выгодной. Это ограничивает образование ионной связи атомами активных металлов и активных неметаллов (галогены, халькогены, азот).

Идеальной ионной связи практически не существует. Даже в соединениях, которые относят к ионным, не происходит полного перехода электронов от одного атома к другому. Так, связь во фториде лития на 80% ионная, а на 20% - ковалентная. Поэтому правильнее говорить о степени ионности ковалентной химической связи. При разности электроотрицательностей элементов 2,1 связь является на 50% ионной. При большей разности соединение считают ионным.

Ионной моделью химической связи широко пользуются для описания свойств многих веществ, в первую очередь, соединений щелочных и щелочноземельных металлов с неметаллами. Они построены из несжимаемых заряженных сфер, отвечающих катионам и анионам. При этом ионы стремятся расположиться таким образом, чтобы силы притяжения между ними были максимальными, а силы отталкивания - минимальными.

Ионная связь - прочная химическая связь, образующаяся между атомами  с большой разностью  электроотрицательностей, при которой общая электронная пара полностью переходит к атому с большей электроотрицательностью. Это притяжение ионов как разноименно заряженных тел. Примером может служить соединение CsF, в котором «степень ионности» составляет 97%.

Ионная связь - крайний случай поляризации ковалентной полярной связи. Образуется между типичным металлом и неметаллом. При этом электроны у металла полностью переходят к неметаллу. Образуются ионы.

Образование соединения противоположно заряженных ионов:

Между образовавшимися ионами возникает электростатическое притяжение, которое называется ионной связью. На деле ионная связь между атомами в чистом виде не реализуется нигде, обычно на деле связь носит частично ионный, и частично ковалентный характер.

В то же время связь сложных молекулярных ионов часто может считаться чисто ионной. Важнейшие отличия  ионной связи от других типов химической связи заключаются в ненаправленности и ненасыщаемости. Именно поэтому кристаллы, образованные за счёт ионной связи, тяготеют к различным плотнейшим упаковкам соответствующих ионов.

 

 

3. Ионные радиусы

 

В простой электростатической модели ионной связи используется понятие ионных радиусов. Сумма радиусов соседних катиона и аниона должна равняться соответствующему межъядерному расстоянию:

r0 = r+ + r−

Чисто ионная связь не существует, так как всегда имеется некоторое перекрывание электронных облаков. Для вычисления радиусов ионов используют методы исследования, которые позволяют определять электронную плотность между двумя атомами. Межъядерное расстояние делят в точке, где электронная плотность минимальна.

Размеры иона зависят от многих факторов. При постоянном заряде иона с ростом порядкового номера, ионный радиус уменьшается. Это хорошо заметно в ряду лантаноидов, где ионные радиусы монотонно меняются от 117 пм для (La3+) до 100 пм (Lu3+) при координационном числе 6. Этот эффект носит название лантаноидного сжатия.

В группах элементов, ионные радиусы в целом увеличиваются с ростом порядкового номера. Однако для d-элементов четвертого и пятого периодов вследствие лантаноидного сжатия может произойти даже уменьшение ионного радиуса. Сравнение ионных радиусов можно проводить только при одинаковом координационном числе, поскольку оно оказывает влияние на размер иона из-за сил отталкивания между противоионами.

Структура идеального ионного соединения, обусловленная максимальным притяжением между разноименными ионами и минимальным отталкиванием одноименных ионов, во многом определяется соотношением ионных радиусов катионов и анионов. Это можно показать простыми геометрическими построениями.

 

Отношение r+ : r−	Координационное число катиона	Окружение	Пример
0,225−0,414	4	Тетраэдрическое	ZnS
0,414−0,732	6	Октаэдрическое	NaCl
0,732−1,000	8	Кубическое	CsCl
>1,000	12	Додекаэдрическое	В ионных кристаллах не обнаружено

 

 

 

4. Энергия ионной  связи

 

Энергия связи для ионного соединения - это энергия, которая выделяется при его образовании из бесконечно удаленных друг от друга газообразных противоионов. Рассмотрение только электростатических сил соответствует около 90% от общей энергии взаимодействия, которая включает также вклад неэлектростатических сил (например, отталкивание электронных оболочек).

При возникновении, ионной связи между двумя свободными ионами энергия их притяжения определяется законом Кулона:

E(прит.) = q+ q− / (4р r е),

где q+ и q− - заряды взаимодействующих ионов,

r - расстояние между ними,

е - диэлектрическая проницаемость среды.

Так как один из зарядов отрицателен, то значение энергии также будет отрицательным. Согласно закону Кулона, на бесконечно малых расстояниях энергия притяжения должна стать бесконечно большой. Однако этого не происходит, так как ионы не являются точечными зарядами. При сближении, ионов между ними возникают силы отталкивания, обусловленные взаимодействием электронных облаков. Энергия отталкивания ионов описывается уравнением Борна:

Е(отт.) = В / rn,

где В - некоторая константа, n может принимать значения от 5 до 12 (зависит от размера ионов). Общая энергия определяется суммой энергий притяжения и отталкивания:

Е = Е(прит.) + Е(отт.)

Её значение проходит через минимум. Координаты точки минимума отвечают равновесному расстоянию r0 и равновесной энергии взаимодействия между ионами E0:

E0 = q+ q− (1 - 1 / n) / (4р r0 е)

 

В кристаллической решетке всегда имеет место большее число взаимодействий, чем между парой ионов. Это число определяется типом кристаллической решетки. Для учета всех взаимодействий, в выражение для энергии ионной кристаллической решетки вводят так называемую константу Маделунга А:

E(прит.) = A q+ q− / (4р r е)

Значение константы Маделунга определяется только геометрией решетки и не зависит от радиуса и заряда ионов. Например, для хлорида натрия она равна 1,74756.

 

5. Поляризация  ионов

 

Помимо величины заряда и радиуса важной характеристикой иона являются его поляризационные свойства. У неполярных частиц (атомов, ионов, молекул) центры тяжести положительных и отрицательных зарядов совпадают. В электрическом поле происходит смещение электронных оболочек в направлении положительно заряженной пластины, а ядер - в направлении отрицательно заряженной пластины. Вследствие деформации частицы в ней возникает диполь, она становится полярной.

Источником электрического поля в соединениях с ионным типом связи являются сами ионы. Поэтому, необходимо различать поляризующее действие данного иона и способность его самого поляризоваться в электрическом поле.

Поляризующее действие иона будет тем большим, чем больше его силовое поле, т. е. чем больше заряд и меньше радиус иона. Поэтому в пределах подгрупп в Периодической системе элементов поляризующее действие ионов понижается сверху вниз, так как в подгруппах при постоянной величине заряда иона сверху вниз увеличивается его радиус.

Поляризуемость иона, способность его к деформации растут с уменьшением силового поля, т. е. с уменьшением величины заряда и увеличением радиуса. Поляризуемость анионов выше, чем катионов и в ряду галогенидов растет от F к I.

На поляризационные свойства катионов оказывает влияние характер их внешней электронной оболочки. Поляризационные свойства катионов, как в активном, так и в пассивном смысле при одинаковом заряде и близком радиусе растут при переходе от катионов с заполненной оболочкой к катионам с незаконченной внешней оболочкой и далее к катионам с 18-электронной оболочкой.

Например, в ряду катионов Mg2+, Ni2+, Zn2+ поляризационные свойства усиливаются. Для анионов поляризационные свойства ухудшаются в такой последовательности: I-, Br-, Cl-, CN-, OH-, NO3-, F-, ClO4-.

 

Результатом поляризационного взаимодействия ионов является деформация их электронных оболочек и, сокращение межионных расстояний и неполное разделение отрицательного и положительного зарядов между ионами.

Поляризация ионов оказывает заметное влияние на свойства соединений с ионной связью, понижая их температуры плавления и кипения, уменьшая электролитическую диссоциацию в растворах и расплавах и др.

Ионные соединения образуются при взаимодействии элементов, различающихся по химическим свойствам. Чем больше удалены друг от друга элементы в периодической системе, тем в большей степени проявляется в их соединениях ионная связь.

 

6. Электроотрицательность.