Ионная связь

Ионная связь — это тип химической связи , который включает электростатическое притяжение между противоположно заряженными ионами или между двумя атомами с резко различающимися электроотрицательностями [ 1] и является первичным взаимодействием, происходящим в ионных соединениях . Это один из основных видов связи наряду с ковалентной связью и металлической связью . Ионы — это атомы (или группы атомов) с электростатическим зарядом. Атомы, которые присоединяют электроны, образуют отрицательно заряженные ионы (называемые анионами ). Атомы, потерявшие электроны, образуют положительно заряженные ионы (называемые катионами ).). Этот перенос электронов известен как электровалентность в отличие от ковалентности . В простейшем случае катион представляет собой атом металла , а анион - атом неметалла , но эти ионы могут иметь более сложную природу, например, молекулярные ионы, такие как NH+
4или ТАК2−
4. Проще говоря, ионная связь возникает в результате переноса электронов от металла к неметаллу с целью получения полной валентной оболочки для обоих атомов.

Важно признать, что чистая ионная связь, при которой один атом или молекула полностью передает электрон другому, не может существовать: все ионные соединения имеют некоторую степень ковалентной связи или обмена электронами. Таким образом, термин «ионная связь» используется, когда ионный характер больше ковалентного, то есть связь, в которой между двумя атомами существует большая разница в электроотрицательности , в результате чего связь становится более полярной (ионной), чем в случае связи. ковалентная связь, при которой электроны распределяются более равномерно. Связи частично ионного и частично ковалентного характера называются полярными ковалентными связями .

Ионные соединения проводят электричество в расплавленном или растворенном состоянии, но не в твердом состоянии. Ионные соединения обычно имеют высокую температуру плавления , в зависимости от заряда ионов, из которых они состоят. Чем выше заряды, тем сильнее силы сцепления и выше температура плавления. Они также имеют тенденцию растворяться в воде; чем сильнее силы сцепления, тем ниже растворимость. [2]

Атомы с почти полной или почти пустой валентной оболочкой , как правило, очень реакционноспособны . Сильно электроотрицательные атомы (как в случае с галогенами ) часто имеют только одну или две пустые орбитали в своей валентной оболочке и часто связываются с другими молекулами или приобретают электроны с образованием анионов . Слабо электроотрицательные атомы (такие как щелочные металлы ) имеют относительно небольшое количество валентных электронов , которые легко можно разделить с сильно электроотрицательными атомами. В результате слабо электроотрицательные атомы имеют тенденцию искажать свое электронное облако и образовывать катионы .

Ионная связь может возникнуть в результате окислительно -восстановительной реакции, когда атомы элемента (обычно металла ) с низкой энергией ионизации отдают часть своих электронов для достижения стабильной электронной конфигурации. При этом образуются катионы. Атом другого элемента (обычно неметалла) с большим сродством к электрону принимает один или несколько электронов для достижения стабильной электронной конфигурации , и после принятия электронов атом становится анионом. Как правило, стабильная электронная конфигурация представляет собой одну из инертных газов для элементов в s-блоке и p-блоке , а конкретные стабильные электронные конфигурации дляэлементы d-блока и f-блока . Электростатическое притяжение между анионами и катионами приводит к образованию твердого тела с кристаллографической решеткой , в которой ионы чередуются друг с другом. В такой решетке обычно невозможно выделить дискретные молекулярные единицы, так что образующиеся соединения не имеют молекулярной природы. Однако сами ионы могут быть сложными и образовывать молекулярные ионы, такие как ацетат-анион или катион аммония.

Например, обычная поваренная соль — это хлорид натрия . Когда натрий (Na) и хлор (Cl) объединяются, каждый атом натрия теряет электрон , образуя катионы (Na + ), а каждый атом хлора получает электрон с образованием аниона (Cl- ) . Затем эти ионы притягиваются друг к другу в соотношении 1:1 с образованием хлорида натрия (NaCl).

Атомы натрия и фтора вступают в окислительно-восстановительную реакцию с образованием ионов натрия и ионов фтора. Натрий теряет свой внешний электрон , чтобы придать ему стабильную электронную конфигурацию , и этот электрон экзотермически входит в атом фтора . Затем противоположно заряженные ионы — обычно их очень много — притягиваются друг к другу, образуя твердый фторид натрия .
Представление ионной связи между литием и фтором с образованием фторида лития . Литий имеет низкую энергию ионизации и легко отдает свой единственный валентный электрон атому фтора, который имеет положительное сродство к электрону и принимает электрон, отданный атомом лития. Конечным результатом является то, что литий изоэлектронен гелию , а фтор изоэлектронен неону . Электростатическое взаимодействие происходит между двумя образовавшимися ионами, но обычно агрегация не ограничивается двумя из них. Вместо этого результатом является агрегация в целую решетку, удерживаемую вместе ионными связями.
В решетке каменной соли каждый ион натрия (фиолетовая сфера) вступает в электростатическое взаимодействие с восемью ближайшими соседними ионами хлора (зеленые сферы) .