Это хорошая статья. Для получения дополнительной информации нажмите здесь.
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Кристаллическая структура хлорида натрия , NaCl, типичного ионного соединения. Фиолетовые сферы представляют катионы натрия , Na + , а зеленые сферы представляют анионы хлорида , Cl - .

В химии , ионное соединение представляет собой химическое соединение , состоящее из ионов , удерживаемых вместе электростатическими силами называется ионной связи . Соединение в целом нейтрально, но состоит из положительно заряженных ионов, называемых катионами, и отрицательно заряженных ионов, называемых анионами . Это могут быть простые ионы, такие как натрий (Na + ) и хлорид (Cl - ) в хлориде натрия , или многоатомные частицы, такие как аммоний ( NH+
4) и карбонат ( CO2-
3) ионы в карбонате аммония . Отдельные ионы внутри ионного соединения обычно имеют несколько ближайших соседей, поэтому не считаются частью молекул, а вместо этого являются частью непрерывной трехмерной сети, обычно в кристаллической структуре .

Ионные соединения, содержащие основные ионы гидроксид (OH - ) или оксид (O 2- ), классифицируются как основания. Ионные соединения без этих ионов также известны как соли и могут образовываться в результате кислотно-основных реакций . Ионные соединения также могут быть получены из их ионов составляющие путем выпаривания их растворитель , осаждение , замораживание , в твердофазной реакции , или перенос электронов реакции химически активных металлов с химически активными неметаллами, такие как галогенные газы.

Ионные соединения обычно имеют высокие температуры плавления и кипения , а также твердые и хрупкие . Будучи твердыми телами, они почти всегда являются электрически изолирующими , но при плавлении или растворении они становятся очень проводящими , потому что ионы мобилизуются.

История открытия [ править ]

Слово ion от греческого ν , ion , «идущий», причастие настоящего слова ofναι , ienai , «идти». Этот термин был введен английским физиком и химиком Майклом Фарадеем в 1834 году для тогда еще неизвестного вещества, которое перемещается от одного электрода к другому через водную среду. [1] [2]

Рентгеновский спектрометр разработки Брэгга

В 1913 году Уильям Генри Брэгг и Уильям Лоуренс Брэгг определили кристаллическую структуру хлорида натрия . [3] [4] [5] Это показало, что существует шесть равноудаленных ближайших соседей для каждого атома, демонстрируя, что составляющие не были организованы в молекулы или конечные агрегаты, а вместо этого представляли собой сеть с дальним кристаллическим порядком. [5] Многие другие неорганические соединения также имеют аналогичные структурные особенности. [5] Эти соединения вскоре были описаны как состоящие из ионов, а не нейтральных атомов , но доказательства этой гипотезы не были найдены до середины 1920-х годов, когдаБыли проведены эксперименты по отражению рентгеновских лучей (которые определяют плотность электронов). [5] [6]

Основными участниками разработки теоретического рассмотрения ионных кристаллических структур были Макс Борн , Фриц Габер , Альфред Ланде , Эрвин Маделунг , Пол Питер Эвальд и Казимеж Фаянс . [7] Борн предсказал энергии кристаллов, основываясь на предположении об ионных составляющих, которые показали хорошее соответствие термохимическим измерениям, что дополнительно подтверждает предположение. [5]

Формирование [ править ]

Галит , минеральная форма хлорида натрия , образуется, когда соленая вода испаряется, оставляя ионы.

Ионные соединения могут быть получены из составляющих их ионов испарением , осаждением или замораживанием . Реактивные металлы, такие как щелочные металлы, могут напрямую реагировать с сильно электроотрицательными галогенными газами с образованием ионного продукта. [8] Их также можно синтезировать как продукт высокотемпературной реакции между твердыми веществами. [9]

Если ионное соединение растворимо в растворителе, оно может быть получено в виде твердого соединения путем выпаривания растворителя из этого раствора электролита . [10] Когда растворитель испаряется, ионы не уходят в пар, а остаются в оставшемся растворе, и когда они становятся достаточно концентрированными, происходит зародышеобразование , и они кристаллизуются в ионное соединение. Этот процесс широко распространен в природе и является средством образования минералов эвапорита . [11] Другой метод извлечения соединения из раствора включает насыщение раствора при высокой температуре, а затем снижение растворимости за счет снижения температуры до тех пор, пока раствор не станет перенасыщенным.и твердое соединение образует зародыши. [10]

Нерастворимые ионные соединения могут быть осаждены путем смешивания двух растворов, одного с катионом, а другого с анионом. Поскольку все растворы электрически нейтральны, два смешанных раствора также должны содержать противоионы с противоположными зарядами. Чтобы гарантировать, что они не загрязняют осажденное ионное соединение, важно убедиться, что они также не выпадают в осадок. [12] Если два раствора содержат ионы водорода и ионы гидроксида в качестве противоионов, они будут реагировать друг с другом в так называемой кислотно-щелочной реакции или реакции нейтрализации с образованием воды. [13] В качестве альтернативы можно выбрать противоионы, чтобы гарантировать, что даже при объединении в один раствор они останутся растворимыми в видеионы-зрители . [12]

Если растворителем является вода при образовании методом испарения или осаждения, во многих случаях образующийся ионный кристалл также включает воду кристаллизации , поэтому продукт известен как гидрат и может иметь очень разные химические свойства. [14]

Расплавленные соли затвердевают при охлаждении до температуры ниже точки замерзания . [15] Это иногда используется для твердофазного синтеза сложных ионных соединений из твердых реагентов, которые сначала плавятся вместе. [16] В других случаях твердые реагенты не нужно расплавлять, вместо этого они могут реагировать по твердотельному реакционному пути . В этом методе реагенты многократно тонко измельчаются в пасту, а затем нагреваются до температуры, при которой ионы в соседних реагентах могут диффундировать вместе в течение времени, пока смесь реагентов остается в печи. [9]Другие способы синтеза используют твердый предшественник с правильным стехиометрическим соотношением нелетучих ионов, который нагревают, чтобы отогнать другие частицы. [9]

В некоторых реакциях между высоко химически активными металлами (обычно из группы 1 или групп 2 ) и высокие электроотрицательных галогенных газов, или воды, атомы могут быть ионизируются переносом электрона , [17] процесс термодинамический понимать , используя цикл Борна-Габер . [18]

Связь [ править ]

Схематическая диаграмма электронных оболочек атомов натрия и фтора, претерпевающих окислительно-восстановительную реакцию с образованием фторида натрия . Натрий теряет свой внешний электрон, чтобы придать ему стабильную электронную конфигурацию , и этот электрон экзотермически входит в атом фтора . Противоположно заряженные ионы - обычно их очень много - затем притягиваются друг к другу, образуя твердое тело.
Основная статья: Ионная связь

Ионы в ионных соединениях в основном удерживаются вместе электростатическими силами между зарядовым распределением этих тел, и, в частности, ионной связью, возникающей в результате дальнодействующего кулоновского притяжения между чистым отрицательным зарядом анионов и чистым положительным зарядом катионов. . [19] Существует также небольшая дополнительная сила притяжения от ван-дер-ваальсовых взаимодействий, которая дает только около 1-2% энергии когезии для малых ионов. [20] Когда пара ионов подходит достаточно близко, чтобы их внешние электронные оболочки (большинство простых ионов имеют закрытые оболочки ) перекрывались, возникает короткодействующая сила отталкивания, [21]из-за принципа исключения Паули . [22] Баланс между этими силами приводит к потенциальной энергетической яме с минимальной энергией, когда ядра разделены определенным равновесным расстоянием. [21]

Если на электронную структуру двух взаимодействующих тел влияет присутствие друг друга, ковалентные взаимодействия (неионные) также вносят вклад в общую энергию образующегося соединения. [23] Ионные соединения редко бывают чисто ионными, то есть удерживаются вместе только за счет электростатических сил. Связи даже между наиболее электроотрицательными / электроположительными парами, такими как пары во фториде цезия, обладают небольшой степенью ковалентности . [24] [25] И наоборот, ковалентные связи между разнородными атомами часто демонстрируют некоторое разделение зарядов и могут считаться частично ионными. [23]Обстоятельства, при которых соединение будет иметь ионный или ковалентный характер, обычно можно понять, используя правила Фаянса , которые используют только заряды и размеры каждого иона. Согласно этим правилам соединения с наиболее ионным характером будут иметь большие положительные ионы с низким зарядом, связанные с небольшим отрицательным ионом с высоким зарядом. [26] В более общем смысле может быть применена теория HSAB , согласно которой соединения с наиболее ионными свойствами состоят из твердых кислот и твердых оснований: небольших, сильно заряженных ионов с большой разницей в электроотрицательности между анионом и катионом. [27] [28]Эта разница в электроотрицательностях означает, что разделение зарядов и результирующий дипольный момент сохраняется, даже когда ионы находятся в контакте (избыточные электроны на анионах не переносятся и не поляризуются для нейтрализации катионов). [29]

Структура [ править ]

Элементарная ячейка цинковой обманки структуры

Ионы обычно упаковываются в чрезвычайно правильные кристаллические структуры в расположении, которое минимизирует энергию решетки (максимизируя притяжение и минимизируя отталкивание). Энергия решетки - это сумма взаимодействия всех узлов со всеми другими узлами. Для неполяризуемых сферических ионов только заряды и расстояния необходимы для определения энергии электростатического взаимодействия. Для любой конкретной идеальной кристаллической структуры все расстояния геометрически связаны с наименьшим межъядерным расстоянием. Таким образом, для каждой возможной кристаллической структуры полная электростатическая энергия может быть связана с электростатической энергией единичных зарядов на ближайшем соседнем расстоянии с помощью мультипликативной постоянной, называемой постоянной Маделунга [21]которые можно эффективно вычислить с помощью суммы Эвальда . [30] При разумной форме предполагаются для дополнительной энергии отталкивания, полная энергия решетки может быть смоделирована с помощью уравнения Борна-LANDE , [31] уравнение Борна-Майер , или при отсутствии структурной информации, в уравнении Kapustinskii . [32]

Используя еще более простое приближение ионов как непроницаемых твердых сфер, расположение анионов в этих системах часто связывают с плотноупакованным расположением сфер, причем катионы занимают тетраэдрические или октаэдрические пустоты . [33] [34] В зависимости от стехиометрии ионного соединения и координации (в основном определяемой соотношением радиусов ) катионов и анионов, обычно наблюдаются различные структуры [35], которые теоретически обосновываются правилами Полинга . [36]

Общие структуры ионных соединений с плотноупакованными анионами [35]
СтехиометрияКатион: координация анионовМежстраничные сайтыКубическая плотная упаковка анионовГексагональная плотная упаковка анионов
занятостьотношение критических радиусовимяПостоянная МаделунгаимяПостоянная Маделунга
MX6: 6все восьмигранные0,4142 [33]хлорид натрия1,747565 [37]никелин<1,73 [а] [38]
4: 4альтернативный четырехгранник0,2247 [39]цинковая обманка1,6381 [37]вюрцит1,641 [5]
MX 28: 4все четырехгранные0,2247флюорит5,03878 [40]
6: 3половина октаэдра (чередующиеся слои полностью заняты)0,4142хлорид кадмия5,61 [41]йодид кадмия4,71 [40]
MX 36: 21/3 октаэдра0,4142бромид родия (III) [b] [42] [43]6,67 [44] [c]йодид висмута8,26 [44] [d]
M 2 X 36: 4две трети октаэдра0,4142корунд25.0312 [40]
ABO 3две трети октаэдра0,4142ильменитзависит от заряда и структуры [e]
AB 2 O 4одна восьмая тетраэдра и половина октаэдраr A / r O  = 0,2247, r B / r O  = 0,4142 [f]шпинель , обратная шпинельзависит от распределения катионных сайтов [47] [48] [49]оливинзависит от распределения катионных сайтов [50]

В некоторых случаях анионы принимают простую кубическую упаковку, и в результате наблюдаются следующие общие структуры:

Общие структуры ионных соединений с простыми кубическими анионами [43]
СтехиометрияКатион: координация анионовМежстраничные сайты занятыПример структуры
имяотношение критических радиусовПостоянная Маделунга
MX8: 8полностью заполненхлорид цезия0,7321 [51]1,762675 [37]
MX 28: 4наполовину заполненныйфторид кальция
M 2 X4: 8наполовину заполненныйоксид лития

Некоторые ионные жидкости, особенно со смесями анионов или катионов, могут охлаждаться достаточно быстро, чтобы не было достаточно времени для зарождения кристаллов , поэтому образуется ионное стекло (без дальнего порядка). [52]

Дефекты [ править ]

Дефект Шоттки
См. Также: кристаллографический дефект

Внутри ионного кристалла обычно есть точечные дефекты, но для сохранения электронейтральности эти дефекты возникают парами. [53] Дефекты Френкеля состоят из катионной вакансии, спаренной с межузельным катионом, и могут образовываться где угодно в объеме кристалла, [53] чаще всего встречаются в соединениях с низким координационным числом и катионами, которые намного меньше, чем анионы. [54] Дефекты Шоттки состоят из одной вакансии каждого типа и образуются на поверхности кристалла [53] , что чаще всего встречается в соединениях с высоким координационным числом и когда анионы и катионы имеют одинаковый размер. [54] Если у катионов есть несколько возможныхстепени окисления , тогда катионные вакансии могут компенсировать дефицит электронов на катионных сайтах с более высокими степенями окисления, что приводит к нестехиометрическому соединению . [53] Другой нестехиометрической возможностью является образование F-центра , свободного электрона, занимающего анионную вакансию. [55] Когда соединение имеет три или более ионных компонента, возможно еще больше типов дефектов. [53] Все эти точечные дефекты могут возникать посредством тепловых колебаний и иметь равновесиеконцентрация. Поскольку они являются энергетически дорогостоящими, но полезными с энтропийной точки зрения, они возникают в большей концентрации при более высоких температурах. После образования эти пары дефектов могут диффундировать в основном независимо друг от друга, перескакивая между узлами решетки. Эта подвижность дефектов является источником большинства явлений переноса в ионном кристалле, включая диффузию и ионную проводимость твердого тела . [53] Когда вакансии сталкиваются с междоузлиями (Френкель), они могут рекомбинировать и аннигилировать друг друга. Аналогичным образом удаляются вакансии, когда они достигают поверхности кристалла (Шоттки). Дефекты кристаллической структуры обычно увеличивают параметры решетки , уменьшая общую плотность кристалла. [53]Дефекты также приводят к тому, что ионы находятся в совершенно разных локальных окружениях, что заставляет их испытывать различную симметрию кристаллического поля , особенно в случае различных катионов, обменивающихся узлами решетки. [53] Это приводит к различному расщеплению из д-электронных орбиталей , так что оптическое поглощение (и , следовательно , цвет) может изменяться с концентрацией дефектов. [53]

Свойства [ править ]

Кислотность / основность [ править ]

Ионные соединения, содержащие ионы водорода (H + ), классифицируются как кислоты , а соединения, содержащие электроположительные катионы [56] и основные анионы, ионы гидроксида (OH - ) или оксида (O 2- ), классифицируются как основания. Другие ионные соединения известны как соли и могут образовываться в результате кислотно-основных реакций . [57] Если соединение является результатом реакции между сильной кислотой и слабым основанием , результатом является кислая соль . Если это результат реакции междусильное основание и слабая кислота , в результате получается основная соль . Если это результат реакции между сильной кислотой и сильным основанием, получается нейтральная соль. Слабые кислоты, вступающие в реакцию со слабыми основаниями, могут образовывать ионные соединения как с сопряженным ионом основания, так и с сопряженным кислотным ионом, например, с ацетатом аммония .

Некоторые ионы классифицируются как амфотерные , поскольку они способны реагировать либо с кислотой, либо с основанием. [58] Это также верно в отношении некоторых соединений с ионным характером, как правило , оксиды или гидроксиды менее электроположительных металлов (поэтому соединение также имеет значительный ковалентный характер), такие как оксид цинка , гидроксид алюминия , оксид алюминия и оксид свинца (II) , . [59]

Точки плавления и кипения [ править ]

Электростатические силы между частицами наиболее сильны, когда заряды велики, а расстояние между ядрами ионов мало. В таких случаях соединения обычно имеют очень высокие температуры плавления и кипения и низкое давление пара . [60] Тенденции в точках плавления могут быть еще лучше объяснены, если принять во внимание соотношение структуры и размера ионов. [61] Выше их температуры плавления ионных твердых частиц в расплаве и становятся расплавленные соли (хотя некоторые ионные соединения , такие как хлорид алюминия и железа (III) хлорида показывают молекулу , как структуры в жидкой фазе). [62] Неорганические соединенияс простыми ионами обычно имеют небольшие ионы и, следовательно, имеют высокие температуры плавления, как и твердые вещества при комнатной температуре. Однако некоторые вещества с более крупными ионами имеют температуру плавления ниже или близкую к комнатной температуре (часто определяемую как до 100 ° C) и называются ионными жидкостями . [63] Ионы в ионных жидкостях часто имеют неравномерное распределение заряда или объемные заместители, такие как углеводородные цепи, которые также играют роль в определении силы взаимодействий и склонности к плавлению. [64]

Даже когда локальная структура и связывание ионного твердого вещества нарушены в достаточной степени, чтобы расплавить его, все еще существуют сильные дальнодействующие электростатические силы притяжения, удерживающие жидкость вместе и предотвращающие кипение ионов с образованием газовой фазы. [65] Это означает, что ионные жидкости даже при комнатной температуре имеют низкое давление пара и требуют значительно более высоких температур для кипения. [65] Точки кипения показывают аналогичные тенденции к температурам плавления с точки зрения размера ионов и силы других взаимодействий. [65] При испарении ионы все еще не освобождаются друг от друга. Например, в паровой фазе хлорид натрия существует в виде двухатомных «молекул». [66]

Хрупкость [ править ]

Большинство ионных соединений очень хрупкие . Когда они достигают предела своей прочности, они не могут податливо деформироваться , потому что необходимо поддерживать строгое выравнивание положительных и отрицательных ионов. Вместо этого материал подвергается разрушению в результате раскола . [67] При повышении температуры (обычно близко к температуре плавления) происходит вязко-хрупкий переход , и пластическое течение становится возможным за счет движения дислокаций . [67] [68]

Сжимаемость [ править ]

Сжимаемости ионного соединения сильно определяется его структурой, в частности, координационное число . Например, галогениды со структурой хлорида цезия (координационное число 8) менее сжимаемы, чем галогениды со структурой хлорида натрия (координационное число 6), и снова меньше, чем галогениды с координационным числом 4. [69]

Растворимость [ править ]

Когда ионные соединения растворяются , отдельные ионы диссоциируют , сольватируются растворителем и диспергируются в полученном растворе. [70] Поскольку ионы выделяются в раствор при растворении и могут проводить заряд, растворимые ионные соединения являются наиболее распространенным классом сильных электролитов , а их растворы обладают высокой электропроводностью . [71]

Растворимость в воде множества ионных соединений в зависимости от температуры. Были включены некоторые соединения, проявляющие необычную растворимость.

Растворимость является самой высокой в полярных растворителях (например, воды ) или ионных жидкостей , но имеет тенденцию быть низкой в неполярных растворителях (например, бензина / бензина ). [72] Это главным образом потому, что возникающие ион-дипольные взаимодействия значительно сильнее, чем ионно-индуцированные дипольные взаимодействия, поэтому теплота раствора выше. Когда противоположно заряженные ионы в твердой ионной решетке окружены противоположным полюсом полярной молекулы, твердые ионы вытягиваются из решетки в жидкость. Если энергия сольватации превышаетэнергия решетки , отрицательное итоговое изменение энтальпии раствора обеспечивает термодинамический стимул для удаления ионов с их позиций в кристалле и растворения в жидкости. Кроме того, изменение энтропии раствора обычно положительно для большинства твердых растворенных веществ, таких как ионные соединения, что означает, что их растворимость увеличивается при повышении температуры. [73] Есть некоторые необычные ионные соединения, такие как сульфат церия (III) , где это изменение энтропии отрицательно из-за дополнительного порядка, индуцируемого в воде после растворения, а растворимость уменьшается с температурой. [73]

Электропроводность [ править ]

Хотя ионные соединения содержат заряженные атомы или кластеры, эти материалы обычно не проводят электричество в значительной степени, когда вещество твердое. Чтобы проводить, заряженные частицы должны быть подвижными, а не неподвижными в кристаллической решетке . В некоторой степени это достигается при высоких температурах, когда концентрация дефектов увеличивает ионную подвижность и наблюдается ионная проводимость твердого тела . Когда ионные соединения растворяются в жидкости или растворяются в жидкости , они могут проводить электричество, потому что ионы становятся полностью подвижными. [74]Это увеличение проводимости при растворении или плавлении иногда используется как определяющая характеристика ионных соединений. [75]

В некоторых необычных ионных соединениях: проводниках с быстрыми ионами и ионных стеклах [52] один или несколько ионных компонентов обладают значительной подвижностью, обеспечивая проводимость, даже если материал в целом остается твердым. [76] Это часто сильно зависит от температуры и может быть результатом фазового перехода или высокой концентрации дефектов. [76] Эти материалы используются во всех твердотельных суперконденсаторах , батареях и топливных элементах , а также в различных химических датчиках . [77] [78]

Цвет [ править ]

Безводный хлорид кобальта (II) ,
CoCl 2
Гексагидрат хлорида кобальта (II),
CoCl 2 · 6H 2 O
Также: Цвет химикатов

Цвет ионного соединения часто отличается от цвета водного раствора , содержащего ионы, составляющих [79] или гидратированной формы одного и того же соединения. [14]

Анионы в соединениях со связями с наиболее ионным характером имеют тенденцию быть бесцветными (с полосой поглощения в ультрафиолетовой части спектра). [80] В соединениях с менее ионным характером их цвет становится более насыщенным через желтый, оранжевый, красный и черный (по мере смещения полосы поглощения в сторону более длинных волн в видимый спектр). [80]

Полоса поглощения простых катионов смещается в сторону меньшей длины волны, когда они участвуют в более ковалентных взаимодействиях. [80] Это происходит во время гидратации ионов металлов, поэтому бесцветные безводные ионные соединения с анионом, поглощающим в инфракрасном диапазоне, могут становиться красочными в растворе. [80]

Использует [ редактировать ]

Ионные соединения издавна находили широкое применение и применение. Многие минералы ионные. [81] Люди перерабатывают поваренную соль (хлорид натрия) более 8000 лет, используя сначала в качестве пищевой приправы и консерванта, а теперь также в производстве, сельском хозяйстве, водоподготовке, для защиты от обледенения дорог и во многих других целях. [82] Многие ионные соединения настолько широко используются в обществе, что имеют общие названия, не связанные с их химической идентичностью. Примеры этого включают бура , каломель , магнезиальное молоко , соляную кислоту , купоросное масло , селитру и гашеную известь.. [83]

Растворимые ионные соединения, такие как соль, можно легко растворить, чтобы получить растворы электролита . Это простой способ контролировать концентрацию и ионную силу . Концентрация растворенных веществ влияет на многие коллигативные свойства , включая увеличение осмотического давления , снижение температуры замерзания и повышение температуры кипения . [84] Поскольку растворенные вещества представляют собой заряженные ионы, они также увеличивают электропроводность раствора. [85] Повышенная ионная сила уменьшает толщину двойного электрического слоя вокруг коллоидногочастиц, и, следовательно, стабильность эмульсий и суспензий . [86]

Химическая идентичность добавленных ионов также важна во многих областях применения. Например, фторидсодержащие соединения растворяют для подачи фторид-ионов для фторирования воды . [87]

Твердые ионные соединения давно используются в качестве пигментов для красок, они устойчивы к воздействию органических растворителей, но чувствительны к кислотности или основности. [88] С 1801 года пиротехники описали и широко использовали металлосодержащие ионные соединения в качестве источников цвета в фейерверках. [89] При сильном нагревании электроны в ионах металлов или небольших молекулах могут быть возбуждены. [90] Эти электроны позже возвращаются в более низкие энергетические состояния и излучают свет с цветовым спектром, характерным для присутствующих видов. [91] [92]

В химии ионные соединения часто используются в качестве прекурсоров для высокотемпературного твердотельного синтеза. [93]

Многие металлы наиболее распространены с геологической точки зрения в виде ионных соединений в рудах . [94] Чтобы получить элементарные материалы, эти руды обрабатываются плавкой или электролизом , в которых происходят окислительно-восстановительные реакции (часто с восстановителем, таким как углерод), так что ионы металлов получают электроны, чтобы стать нейтральными атомами. [95] [96]

Номенклатура [ править ]

Смотрите также: номенклатура неорганической химии ИЮПАК

Согласно номенклатуре, рекомендованной IUPAC , ионные соединения называются в соответствии с их составом, а не структурой. [97] В наиболее простом случае бинарного ионного соединения без возможной двусмысленности относительно зарядов и, следовательно, стехиометрии , общее название записывается с использованием двух слов. [98] Сначала идет название катиона (немодифицированное название элемента для одноатомных катионов), за которым следует название аниона. [99] [100] Например, MgCl 2 называется хлоридом магния , а Na 2 SO 4 - сульфатом натрия ( SO2-
4, сульфат , является примером многоатомного иона ). Чтобы получить эмпирическую формулу из этих названий, стехиометрию можно вывести из зарядов на ионах и требования общей нейтральности заряда. [ необходима цитата ]

Если имеется несколько различных катионов и / или анионов, часто требуются мультипликативные префиксы ( ди- , три- , тетра- , ...) для обозначения относительного состава [101] и катионов, тогда анионы перечислены в алфавитном порядке. [102] Например, KMgCl 3 называют трихлоридом магния-калия, чтобы отличить его от K 2 MgCl 4 , тетрахлорида калия магния [103] (обратите внимание, что как в эмпирической формуле, так и в письменном названии катионы расположены в алфавитном порядке, но порядок варьируется от них , потому что символ для калияK). [104] Когда один из ионов уже имеет мультипликативный префикс в своем имени, используются альтернативные мультипликативные префиксы ( бис- , трис- , тетракис- , ...). [105] Например, Ba (BrF 4 ) 2 называется бис (тетрафторидобромат бария) . [106]

Соединения, содержащие один или несколько элементов, которые могут существовать в различных состояниях заряда / окисления, будут иметь стехиометрию, которая зависит от того, какие состояния окисления присутствуют, для обеспечения общей нейтральности. Это можно указать в названии, указав либо степень окисления присутствующих элементов, либо заряд на ионах. [106] Из-за риска неоднозначности при определении степеней окисления IUPAC предпочитает прямое указание чисел заряда ионов. [106] Они записываются в виде целого числа на арабском языке, за которым следует знак (..., 2−, 1−, 1+, 2+, ...) в скобках сразу после названия катиона (без разделяющего их пробела. ). [106] Например, FeSO 4 называетсясульфат железа (2+) (с зарядом 2+ на ионах Fe 2+ , уравновешивающим заряд 2- на сульфат-ионе), тогда как Fe 2 (SO 4 ) 3 называется сульфатом железа (3+) (потому что два ионы в каждой формульной единице имеют заряд 3+, чтобы сбалансировать 2– на каждом из трех сульфат-ионов). [106] Фото номенклатура , все еще широко используется, пишет окисления в римских цифрах (..., -II, -I, 0, I, II, ...). Таким образом , примеры , приведенные выше , будут названы железа (II) , сульфат и железа (III) , сульфат соответственно. [107]Для простых ионов ионный заряд и степень окисления идентичны, но для многоатомных ионов они часто различаются. Например, ион уранила (2+) , UO2+
2, имеет уран в степени окисления +6, поэтому в товарной номенклатуре будет называться ионом диоксурана (VI). [108] Еще более старая система присвоения имен для катионов металлов, а также до сих пор широко используется, добавляются суффиксы -ous и -ic в Латинской корень имени, чтобы дать особые имена для низких и высоких степеней окисления. [109] Например, эта схема использует «черные» и «железа», для железа (II) и железа (III) , соответственно, [109] , так что приведенные выше примеры были названы классически сульфат железа и сульфат железа . [ необходима цитата ]

См. Также [ править ]

  • Склеивание в твердых телах
  • Иолиомика
  • Ионная связь

Примечания [ править ]

  1. ^ Этот тип структуры имеет переменное отношение параметра решетки c / a, и от этого зависит точная постоянная Маделунга.
  2. ^ Эта структура была передана в ссылкахкак иттрия (III) хлорид и хрома хлорид (III) , но оба в настоящее время известны как RhBr 3 типа структуры.
  3. ^ В ссылке эта структура указана как MoCl 3 , которая теперь известна как структура RhBr 3 .
  4. ^ В ссылке эта структура указана как FeCl 3 , которая теперь известна какструктурный типBiI 3 .
  5. ^ Этот тип структуры может вместить любые расходы на A и B, которые в сумме составляют до шести. Когда их обоих по три, структура заряда эквивалентна структуре заряда. [45] Структура также имеет переменное отношение параметра решетки c / a, и от этого зависит точная постоянная Маделунга.
  6. ^ Однако в некоторых случаях, таких как MgAl 2 O 4, более крупный катион занимает меньшую тетраэдрическую позицию . [46]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Майкл Фарадей (1791–1867) . Великобритания: BBC. Архивировано 25 августа 2016 года.
  2. ^ "Интернет-словарь этимологии" . Архивировано 14 мая 2011 года . Проверено 7 января 2011 .
  3. ^ Брэгг, WH; Брэгг, WL (1 июля 1913 г.). «Отражение рентгеновских лучей кристаллами» . Труды Королевского общества A: математические, физические и инженерные науки . 88 (605): 428–438. Bibcode : 1913RSPSA..88..428B . DOI : 10,1098 / rspa.1913.0040 .
  4. ↑ Bragg, WH (22 сентября 1913 г.). «Отражение рентгеновских лучей кристаллами. (II.)» . Труды Королевского общества A: математические, физические и инженерные науки . 89 (610): 246–248. Bibcode : 1913RSPSA..89..246B . DOI : 10,1098 / rspa.1913.0082 .
  5. ^ a b c d e f Шерман, Джек (август 1932 г.). «Энергия кристаллов ионных соединений и термохимические приложения». Химические обзоры . 11 (1): 93–170. DOI : 10.1021 / cr60038a002 .
  6. ^ Джеймс, RW; Бриндли, GW (1 ноября 1928 г.). "Количественное исследование отражения рентгеновских лучей Сильвин" . Труды Королевского общества A: математические, физические и инженерные науки . 121 (787): 155–171. Bibcode : 1928RSPSA.121..155J . DOI : 10.1098 / rspa.1928.0188 .
  7. ^ Полинг 1960 , стр. 505.
  8. ^ Zumdahl 1989 , стр. 312.
  9. ↑ a b c Wold & Dwight 1993 , стр. 71.
  10. ^ a b Уолд и Дуайт 1993 , стр. 82.
  11. ^ Венк, Ганс-Рудольф; Булах, Андрей (2003). Минералы: их состав и происхождение (Перепечатано с исправлениями. Ред.). Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета. п. 351. ISBN. 978-0-521-52958-7. Архивировано 03 декабря 2017 года.
  12. ^ Б Zumdahl 1989 , стр. 133–140.
  13. ^ Zumdahl 1989 , стр. 144–145.
  14. ^ a b Браун 2009 , стр. 417.
  15. ^ Уолд и Дуайт 1993 , стр. 79.
  16. ^ Уолд & Dwight 1993 , стр. 79-81.
  17. ^ Zumdahl 1989 , стр. 312–313.
  18. Перейти ↑ Barrow 1988 , p. 161–162.
  19. ^ Полинг 1960 , стр. 6.
  20. Перейти ↑ Kittel 2005 , p. 61.
  21. ^ a b c Полинг 1960 , стр. 507.
  22. ^ Эшкрофт & Мермин 1977 , стр. 379.
  23. ^ a b Полинг 1960 , стр. 65.
  24. ^ Хэнней, Н. Брюс; Смит, Чарльз П. (февраль 1946 г.). «Дипольный момент фтороводорода и ионный характер связей». Журнал Американского химического общества . 68 (2): 171–173. DOI : 10.1021 / ja01206a003 .
  25. ^ Полинг, Линус (1948). «Современная теория валентности». Журнал химического общества (возобновлено) . 17 : 1461–1467. DOI : 10.1039 / JR9480001461 . PMID 18893624 . 
  26. ^ Лалена, Джон. N .; Клири, Дэвид. А. (2010). Принципы проектирования неорганических материалов (2-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Джон Уайли. ISBN 978-0-470-56753-1.
  27. ^ Пирсон, Ральф Г. (ноябрь 1963 г.). «Жесткие и мягкие кислоты и основания». Журнал Американского химического общества . 85 (22): 3533–3539. DOI : 10.1021 / ja00905a001 .
  28. ^ Пирсон, Ральф Г. (октябрь 1968 г.). «Жесткие и мягкие кислоты и основания, HSAB, часть II: основные теории». Журнал химического образования . 45 (10): 643. Bibcode : 1968JChEd..45..643P . DOI : 10.1021 / ed045p643 .
  29. Перейти ↑ Barrow 1988 , p. 676.
  30. Перейти ↑ Kittel 2005 , p. 64.
  31. ^ Полинг 1960 , стр. 509.
  32. ^ Картер, Роберт (2016). "Энергия решетки" (PDF) . Лекционный материал CH370 . Архивировано (PDF) из оригинала 13 мая 2015 года . Проверено 19 января 2016 .
  33. ^ а б Эшкрофт и Мермин 1977 , стр. 383.
  34. ^ Zumdahl 1989 , стр. 444–445.
  35. ^ а б Мур, Лесли Э. Смарт; Элейн А. (2005). Химия твердого тела: введение (3-е изд.). Бока-Ратон, Флорида [ua]: Тейлор и Фрэнсис, CRC. п. 44. ISBN 978-0-7487-7516-3.
  36. ^ Эшкрофт и Мермин 1977 , стр. 382–387.
  37. ^ а б в Киттель 2005 , стр. 65.
  38. ^ Zemann, J. (1 января 1958). "Berechnung von Madelung'schen Zahlen für den NiAs-Typ" . Acta Crystallographica . 11 (1): 55–56. DOI : 10.1107 / S0365110X5800013X .
  39. ^ Эшкрофт & Мермин 1977 , стр. 386.
  40. ^ a b c Dienes, Ричард Дж. Борг, GJ (1992). Физическая химия твердого тела . Бостон: Academic Press. п. 123. ISBN 978-0-12-118420-9.
  41. ^ Brackett, Thomas E .; Брэкетт, Элизабет Б. (1965). «Энергии решетки щелочноземельных галогенидов». Журнал физической химии . 69 (10): 3611–3614. DOI : 10.1021 / j100894a062 .
  42. ^ "YCl3 - Трихлорид иттрия" . ChemTube3D . Ливерпульский университет. 2008. Архивировано 27 января 2016 года . Проверено 19 января +2016 .
  43. ^ а б Эллис, Артур Б. []; и другие. (1995). Преподавание общей химии: товарищ по материаловедению (3-е изд.). Вашингтон: Американское химическое общество. п. 121. ISBN. 978-0-8412-2725-5.
  44. ^ а б Хоппе Р. (январь 1966 г.). «Константы Маделунга». Angewandte Chemie International Edition на английском языке . 5 (1): 95–106. DOI : 10.1002 / anie.196600951 .
  45. ^ Бхаги, Аджай; Радж, Гурдип (2010). Кришна IAS Химия . Меерут: Кришна Пракашан СМИ. п. 171. ISBN. 978-81-87224-70-9.
  46. ^ Венок & Булах 2004 , стр. 778.
  47. ^ Verwey, EJW (1947). «Физические свойства и катионная структура оксидов со структурой шпинели I. Катионная организация в шпинелях». Журнал химической физики . 15 (4): 174–180. Bibcode : 1947JChPh..15..174V . DOI : 10.1063 / 1.1746464 .
  48. ^ Verwey, EJW; de Boer, F .; ван Сантен, JH (1948). «Катионная композиция в шпинелях». Журнал химической физики . 16 (12): 1091. Полномочный код : 1948JChPh..16.1091V . DOI : 10.1063 / 1.1746736 .
  49. ^ Томпсон, П .; Граймс, Северо-Запад (27 сентября 2006 г.). «Расчеты Маделунга для структуры шпинели». Философский журнал . Vol. 36 нет. 3. С. 501–505. Bibcode : 1977PMag ... 36..501T . DOI : 10.1080 / 14786437708239734 .
  50. ^ Альберти, А .; Веццалини, Г. (1978). «Энергии Маделунга и распределение катионов в структурах типа оливина». Zeitschrift für Kristallographie - Кристаллические материалы . 147 (1–4): 167–176. Bibcode : 1978ZK .... 147..167A . DOI : 10.1524 / zkri.1978.147.14.167 . ЛВП : 11380/738457 . S2CID 101158673 . 
  51. ^ Эшкрофт & Мермин 1977 , стр. 384.
  52. ^ a b Souquet, J (октябрь 1981 г.). «Электрохимические свойства ионопроводящих стекол». Ионика твердого тела . 5 : 77–82. DOI : 10.1016 / 0167-2738 (81) 90198-3 .
  53. ^ a b c d e f g h я Шмальцрид, Герман (1965). «Точечные дефекты в тройных ионных кристаллах». Прогресс в химии твердого тела . 2 : 265–303. DOI : 10.1016 / 0079-6786 (65) 90009-9 .
  54. ^ а б Пракаш, Сатья (1945). Продвинутая неорганическая химия . Нью-Дели: S. Chand & Company Ltd. p. 554. ISBN 978-81-219-0263-2.
  55. Перейти ↑ Kittel 2005 , p. 376.
  56. ^ «Периодические тенденции и оксиды» . Архивировано 29 декабря 2015 года . Проверено 10 ноября 2015 .
  57. ^ Whitten, Kenneth W .; Галлей, Кеннет Д.; Дэвис, Раймонд Э. (1992). Общая химия (4-е изд.). Сондерс. п. 128 . ISBN 978-0-03-072373-5.
  58. ^ Дэвидсон, Дэвид (ноябрь 1955). «Амфотерные молекулы, ионы и соли». Журнал химического образования . 32 (11): 550. Bibcode : 1955JChEd..32..550D . DOI : 10.1021 / ed032p550 .
  59. ^ Веллер, Марк; Овертон, Тина; Рурк, Джонатан; Армстронг, Фрейзер (2014). Неорганическая химия (Шестое изд.). Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. С. 129–130. ISBN 978-0-19-964182-6.
  60. ^ Маккуарри & Rock 1991 , стр. 503.
  61. ^ Полинг, Линус (1928-04-01). «Влияние относительных размеров ионов на свойства ионных соединений». Журнал Американского химического общества . 50 (4): 1036–1045. DOI : 10.1021 / ja01391a014 . ISSN 0002-7863 . 
  62. Перейти ↑ Tosi, MP (2002). Gaune-Escard, Марсель (ред.). Расплавленные соли: от основ до приложений . Дордрехт: Springer, Нидерланды. п. 1. ISBN 978-94-010-0458-9. Архивировано 03 декабря 2017 года.
  63. ^ Фримантл 2009 , стр. 1.
  64. ^ Фримантл 2009 , стр. 3-4.
  65. ^ a b c Ребело, Луис П. Н.; Canongia Lopes, José N .; Эсперанса, Хосе М.С.Ш .; Филипе, Эдуардо (1 апреля 2005 г.). «О критической температуре, нормальной точке кипения и давлении пара ионных жидкостей». Журнал физической химии B . 109 (13): 6040–6043. DOI : 10.1021 / jp050430h . ISSN 1520-6106 . PMID 16851662 .  
  66. ^ Портерфилд, Уильям У. (2013). Неорганическая химия единый подход (2-е изд.). Нью-Йорк: Elsevier Science. С. 63–67. ISBN 978-0-323-13894-9. Архивировано 03 декабря 2017 года.
  67. ^ a b Джонстон, TL; Стокса, Р.Дж.; Ли, СН (декабрь 1959 г.). «Пластический – хрупкий переход в ионных твердых телах». Философский журнал . Vol. 4 шт. 48. С. 1316–1324. Bibcode : 1959PMag .... 4.1316J . DOI : 10.1080 / 14786435908233367 .
  68. ^ Келли, А .; Тайсон, WR; Коттрелл, AH (1967-03-01). «Пластичные и хрупкие кристаллы». Философский журнал . Vol. 15 нет. 135. С. 567–586. Bibcode : 1967PMag ... 15..567K . DOI : 10.1080 / 14786436708220903 . ISSN 0031-8086 . 
  69. ^ Stillwell, Charles W. (январь 1937). «Кристаллохимия. V. Свойства бинарных соединений». Журнал химического образования . 14 (1): 34. Bibcode : 1937JChEd..14 ... 34S . DOI : 10.1021 / ed014p34 .
  70. Перейти ↑ Brown 2009 , pp. 89–91.
  71. Перейти ↑ Brown 2009 , pp. 91–92.
  72. ^ Brown 2009 , стр. 413-415.
  73. ^ a b Браун 2009 , стр. 422.
  74. ^ "Электропроводность ионного соединения" . 2011-05-22. Архивировано 21 мая 2014 года . Проверено 2 декабря 2012 года .
  75. ^ Zumdahl 1989 , стр. 341.
  76. ^ а б Гао, Вэй; Сэммс, Найджел М (1999). Введение в электронные и ионные материалы . World Scientific. п. 261. ISBN. 978-981-02-3473-7. Архивировано 03 декабря 2017 года.
  77. ^ Уэст, Энтони Р. (1991). «Твердые электролиты и смешанные ионно-электронные проводники: обзор приложений». Журнал химии материалов . 1 (2): 157. DOI : 10.1039 / JM9910100157 .
  78. ^ Boivin, JC; Мэрес, Г. (октябрь 1998 г.). «Последние разработки материалов в проводниках быстрых оксидных ионов». Химия материалов . 10 (10): 2870–2888. DOI : 10.1021 / cm980236q .
  79. ^ Полинг 1960 , стр. 105.
  80. ^ a b c d Полинг 1960 , стр. 107.
  81. ^ Венок & Булах 2004 , стр. 774.
  82. ^ Курланский, Марк (2003). Соль: всемирная история (1-е изд.). Лондон: Винтаж. ISBN 978-0-09-928199-3.
  83. ^ Нижний, Саймон (2014). «Наименование химических веществ» . Chem 1 Общая химия Виртуальный учебник . Архивировано 16 января 2016 года . Проверено 14 января +2016 .
  84. ^ Atkins & де Паула 2006 , стр. 150-157.
  85. ^ Atkins & де Паула 2006 , стр. 761-770.
  86. Перейти ↑ Atkins & de Paula 2006 , pp. 163–169.
  87. ^ Ривз Т.Г. Центры по контролю заболеваний. Фторирование воды: пособие для инженеров и техников [PDF]; 1986 [ архивировано 08.02.2017; Проверено 18 января 2016 г.].
  88. ^ Сатаке, М; Мидо, Y (1995). Химия цвета . Издательство Discovery. п. 230. ISBN 978-81-7141-276-1. Архивировано 03 декабря 2017 года.
  89. Перейти ↑ Russell 2009 , p. 14.
  90. Перейти ↑ Russell 2009 , p. 82.
  91. ^ Russell 2009 , стр. 108-117.
  92. ^ Russell 2009 , стр. 129-133.
  93. ^ Сюй, Рурэн; Пан, Вэньцинь; Хо, Цишэн (2011). Современная неорганическая синтетическая химия . Амстердам: Эльзевир. п. 22 . ISBN 978-0-444-53599-3.
  94. ^ Zumdahl & Zumdahl 2015 , стр. 822.
  95. ^ Zumdahl & Zumdahl 2015 , стр. 823.
  96. ^ Гупта, Чиранджиб Кумар (2003). Принципы и практика химической металлургии . Вайнхайм: Wiley-VCH. С.  359 –365. ISBN 978-3-527-60525-5.
  97. Перейти ↑ IUPAC 2005 , p. 68.
  98. Перейти ↑ IUPAC 2005 , p. 70.
  99. Перейти ↑ IUPAC 2005 , p. 69.
  100. ^ Коц, Джон С .; Treichel, Paul M; Уивер, Габриэла С. (2006). Химия и химическая реакционная способность (шестое изд.). Бельмонт, Калифорния: Томсон Брукс / Коул. п. 111. ISBN 978-0-534-99766-3.
  101. Перейти ↑ IUPAC 2005 , pp. 75–76.
  102. Перейти ↑ IUPAC 2005 , p. 75.
  103. ^ Гиббонс, Сирил С .; Reinsborough, Vincent C .; Whitla, W. Alexander (январь 1975 г.). «Кристаллические структуры K 2 MgCl 4 и Cs 2 MgCl 4 » . Канадский химический журнал . 53 (1): 114–118. DOI : 10.1139 / v75-015 .
  104. Перейти ↑ IUPAC 2005 , p. 76.
  105. Перейти ↑ IUPAC 2005 , pp. 76–77.
  106. ^ а б в г д ИЮПАК 2005 , стр. 77.
  107. Перейти ↑ IUPAC 2005 , pp. 77–78.
  108. ^ Fernelius, W. Conard (ноябрь 1982). «Цифры в химических названиях». Журнал химического образования . 59 (11): 964. Bibcode : 1982JChEd..59..964F . DOI : 10.1021 / ed059p964 .
  109. ^ a b Браун 2009 , стр. 38.

Библиография [ править ]

  • Эшкрофт, Нил У .; Мермин, Н. Дэвид (1977). Физика твердого тела (27-е изд.). Нью-Йорк: Холт, Райнхарт и Уинстон. ISBN 978-0-03-083993-1.
  • Аткинс, Питер; де Паула, Хулио (2006). Физическая химия Аткинса (8-е изд.). Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-870072-2.
  • Барроу, Гордон М. (1988). Физическая химия (5-е изд.). Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. ISBN 978-0-07-003905-6.
  • Браун, Теодор Л .; LeMay, H. Eugene, Jr; Bursten, Bruce E .; Лэнфорд, Стивен; Сагатис, Далиус; Даффи, Нил (2009). Химия: центральная наука: широкая перспектива (2-е изд.). Frenchs Forest, Новый Южный Уэльс: Пирсон, Австралия. ISBN 978-1-4425-1147-7.
  • Фримантл, Майкл (2009). Введение в ионные жидкости . Кембридж: Королевское химическое общество. ISBN 978-1-84755-161-0.
  • Международный союз теоретической и прикладной химии, Отдел химической номенклатуры (2005 г.). Нил Г. Коннелли (ред.). Номенклатура неорганической химии: рекомендации ИЮПАК 2005 г. (Новая редакция). Кембридж: RSC Publ. ISBN 978-0-85404-438-2.
  • Киттель, Чарльз (2005). Введение в физику твердого тела (8-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-0-471-41526-8.
  • McQuarrie, Donald A .; Рок, Питер А. (1991). Общая химия (3-е изд.). Нью-Йорк: ISBN WH Freeman and Co. 978-0-7167-2169-7.
  • Полинг, Линус (1960). Природа химической связи и структура молекул и кристаллов: введение в современную структурную химию (3-е изд.). Итака, Нью-Йорк: Издательство Корнельского университета. ISBN 978-0-8014-0333-0.
  • Рассел, Майкл С. (2009). Химия фейерверков (2-е изд.). Кембридж, Великобритания: RSC Pub. ISBN 978-0-85404-127-5.
  • Венк, Ганс-Рудольф; Булах, Андрей (2004). Минералы: их конституция и происхождение (1-е изд.). Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-1-107-39390-5.
  • Уолд, Аарон; Дуайт, Кирби (1993). Химический синтез твердого тела, структура и свойства выбранных оксидов и сульфидов . Дордрехт: Springer, Нидерланды. ISBN 978-94-011-1476-9.
  • Зумдал, Стивен С. (1989). Химия (2-е изд.). Лексингтон, Массачусетс: DC Heath. ISBN 978-0-669-16708-5.
  • Зумдал, Стивен; Зумдал, Сьюзан (2015). Химия: первый подход к атомам . Cengage Learning. ISBN 978-1-305-68804-9.