Elektron dari satu atom dapat sepenuhnya berpindah ke atom lain. Redistribusi muatan ini mengarah pada pembentukan ion bermuatan positif dan negatif (kation dan anion). Jenis interaksi khusus muncul di antara mereka - ikatan ion. Mari kita pertimbangkan secara lebih rinci metode pembentukannya, struktur dan sifat zat.
Keelektronegatifan
Atom berbeda dalam elektronegativitas (EO) - kemampuan untuk menarik elektron ke diri mereka sendiri dari kulit valensi partikel lain. Untuk penentuan kuantitatif, digunakan skala elektronegativitas relatif yang diusulkan oleh L. Polling (nilai tanpa dimensi). Kemampuan untuk menarik elektron dari atom fluor lebih menonjol daripada elemen lain, EO-nya adalah 4. Dalam skala Polling, oksigen, nitrogen, dan klorin segera mengikuti fluor. Nilai EO hidrogen dan non-logam tipikal lainnya sama dengan atau mendekati 2. Dari logam, sebagian besar memiliki keelektronegatifan antara 0,7 (Fr) dan 1,7. Ada ketergantungan ionisitas ikatan pada perbedaan antara EO unsur kimia. Semakin besar, semakin tinggi kemungkinan terjadinya ikatan ion. Jenis interaksi ini lebih sering terjadi ketika selisih EO=1.7 ke atas. Jika nilainya lebih kecil, maka senyawa tersebut bersifat kovalen polar.
Energi ionisasi
Energi ionisasi (EI) diperlukan untuk pelepasan elektron eksternal yang terikat lemah ke nukleus. Satuan perubahan besaran fisika ini adalah 1 elektron volt. Ada pola perubahan EI pada baris dan kolom sistem periodik, tergantung pada peningkatan muatan inti. Dalam periode dari kiri ke kanan, energi ionisasi meningkat dan memperoleh nilai tertinggi untuk non-logam. Dalam kelompok, itu menurun dari atas ke bawah. Alasan utamanya adalah bertambahnya jari-jari atom dan jarak dari inti ke elektron terluar, yang mudah terlepas. Sebuah partikel bermuatan positif muncul - kation yang sesuai. Nilai EI dapat digunakan untuk menilai apakah terjadi ikatan ion. Sifat-sifatnya juga bergantung pada energi ionisasi. Misalnya, logam alkali dan alkali tanah memiliki nilai EI yang rendah. Mereka memiliki sifat reduksi (logam) yang nyata. Gas inert secara kimiawi tidak aktif karena energi ionisasinya yang tinggi.
afinitas elektron
Dalam interaksi kimia, atom dapat melampirkan elektron untuk membentuk partikel negatif - anion, prosesnya disertai dengan pelepasan energi. Kuantitas fisik yang sesuai adalah afinitas elektron. Satuan pengukuran sama dengan energi ionisasi (1 elektron volt). Tetapi nilai pastinya tidak diketahui untuk semua elemen. Halogen memiliki afinitas elektron tertinggi. Pada tingkat terluar atom unsur - 7 elektron, hanya satu elektron yang hilang hingga satu oktet. Afinitas elektron halogen tinggi, mereka memiliki sifat pengoksidasi (non-logam) yang kuat.
Interaksi atom dalam pembentukan ikatan ion
Atom yang memiliki tingkat eksternal yang tidak lengkap berada dalam keadaan energi yang tidak stabil. Keinginan untuk mencapai konfigurasi elektronik yang stabil adalah alasan utama yang mengarah pada pembentukan senyawa kimia. Proses ini biasanya disertai dengan pelepasan energi dan dapat menyebabkan molekul dan kristal yang berbeda dalam struktur dan sifat. Logam kuat dan nonlogam berbeda secara signifikan satu sama lain dalam sejumlah indikator (EO, EI, dan afinitas elektron). Bagi mereka, jenis interaksi ini lebih cocok sebagai ikatan kimia ionik, di mana orbital molekul pemersatu (pasangan elektron bersama) bergerak. Dipercayai bahwa selama pembentukan ion, logam sepenuhnya mentransfer elektron ke non-logam. Kekuatan ikatan yang dihasilkan tergantung pada kerja yang diperlukan untuk menghancurkan molekul yang membentuk 1 mol zat yang diteliti. Besaran fisika ini dikenal sebagai energi ikat. Untuk senyawa ionik, nilainya berkisar dari beberapa puluh hingga ratusan kJ/mol.
Pembentukan ion
Sebuah atom yang melepaskan elektronnya selama interaksi kimia berubah menjadi kation (+). Partikel penerima adalah anion (-). Untuk mengetahui bagaimana atom akan berperilaku, apakah ion akan muncul, perlu untuk menetapkan perbedaan antara EC mereka. Cara termudah untuk melakukan perhitungan tersebut adalah untuk senyawa dua unsur, misalnya, natrium klorida.
Natrium hanya memiliki 11 elektron, konfigurasi lapisan terluar adalah 3s 1 . Untuk melengkapinya, atom lebih mudah melepaskan 1 elektron daripada mengikat 7. Struktur lapisan valensi klorin dijelaskan dengan rumus 3s 2 3p 5. Secara total, sebuah atom memiliki 17 elektron, 7 adalah eksternal. Satu hilang untuk mencapai oktet dan struktur yang stabil. Sifat kimia mendukung asumsi bahwa atom natrium menyumbang dan klorin menerima elektron. Ada ion: positif (kation natrium) dan negatif (anion klorin).
Ikatan ionik
Kehilangan elektron, natrium memperoleh muatan positif dan kulit atom yang stabil dari neon gas inert (1s 2 2s 2 2p 6). Klorin, sebagai hasil interaksi dengan natrium, menerima muatan negatif tambahan, dan ion mengulangi struktur kulit atom argon gas mulia (1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6). Muatan listrik yang diperoleh disebut muatan ion. Misalnya, Na + , Ca 2+ , Cl - , F - . Ion dapat mengandung atom dari beberapa unsur: NH 4 + , SO 4 2- . Di dalam ion kompleks seperti itu, partikel dihubungkan oleh mekanisme donor-akseptor atau kovalen. Gaya tarik elektrostatik terjadi antara partikel bermuatan berlawanan. Nilainya dalam kasus ikatan ionik sebanding dengan muatannya, dan dengan bertambahnya jarak antar atom, ia melemah. Ciri ciri ikatan ionik :
- logam kuat bereaksi dengan elemen non-logam aktif;
- elektron berpindah dari satu atom ke atom lainnya;
- ion yang dihasilkan memiliki konfigurasi kulit terluar yang stabil;
- Ada gaya tarik elektrostatik antara partikel bermuatan berlawanan.
Kisi kristal senyawa ionik
Dalam reaksi kimia, logam dari kelompok 1, 2 dan 3 dari sistem periodik biasanya kehilangan elektron. Ion positif bermuatan satu, dua dan tiga terbentuk. Nonlogam dari kelompok 6 dan 7 biasanya menambahkan elektron (dengan pengecualian reaksi dengan fluor). Ada ion negatif bermuatan tunggal dan ganda. Biaya energi untuk proses ini, sebagai suatu peraturan, dikompensasikan ketika kristal zat dibuat. Senyawa ionik biasanya dalam keadaan padat, membentuk struktur yang terdiri dari kation dan anion yang bermuatan berlawanan. Partikel-partikel ini tertarik dan membentuk kisi kristal raksasa di mana ion positif dikelilingi oleh partikel negatif (dan sebaliknya). Muatan total suatu zat adalah nol, karena jumlah proton seimbang dengan jumlah elektron semua atom.
Sifat zat yang memiliki ikatan ion
Zat kristal ionik dicirikan oleh titik didih dan titik leleh yang tinggi. Biasanya, senyawa ini tahan panas. Fitur berikut dapat ditemukan ketika zat tersebut dilarutkan dalam pelarut polar (air). Kristal mudah dihancurkan, dan ion masuk ke dalam larutan yang memiliki konduktivitas listrik. Senyawa ionik juga hancur saat meleleh. Partikel bermuatan bebas muncul, yang berarti lelehan itu menghantarkan arus listrik. Zat dengan ikatan ionik adalah elektrolit - konduktor jenis kedua.
Oksida dan halida dari logam alkali dan alkali tanah termasuk dalam kelompok senyawa ionik. Hampir semuanya banyak digunakan dalam sains, teknologi, produksi kimia, metalurgi.
Ikatan kimia ionik (elektrovalen)- ikatan karena pembentukan pasangan elektron karena transisi elektron valensi dari satu atom ke atom lain. Ini khas untuk senyawa logam dengan non-logam yang paling khas, misalnya:
Na + + Cl - = Na + Cl
Mekanisme pembentukan ikatan ionik dapat dipertimbangkan dengan menggunakan contoh reaksi antara natrium dan klorin. Sebuah atom logam alkali dengan mudah kehilangan elektron, sedangkan atom halogen mendapatkan satu. Akibatnya, kation natrium dan ion klorida terbentuk. Mereka membentuk koneksi karena daya tarik elektrostatik di antara mereka.
Interaksi antara kation dan anion tidak bergantung pada arah, sehingga ikatan ion dikatakan tidak searah. Setiap kation dapat menarik sejumlah anion, dan sebaliknya. Inilah sebabnya mengapa ikatan ion tidak jenuh. Jumlah interaksi antara ion dalam keadaan padat hanya dibatasi oleh ukuran kristal. Oleh karena itu, "molekul" senyawa ionik harus dianggap sebagai keseluruhan kristal.
Ikatan ion ideal praktis tidak ada. Bahkan dalam senyawa yang biasanya disebut sebagai ionik, tidak ada transfer elektron yang lengkap dari satu atom ke atom lainnya; elektron sebagian tetap umum digunakan. Jadi, ikatan dalam litium fluorida adalah 80% ionik, dan 20% kovalen. Oleh karena itu, lebih tepat untuk berbicara tentang derajat ionisitas(polaritas) dari ikatan kimia kovalen. Diyakini bahwa dengan perbedaan keelektronegatifan unsur-unsur 2.1, ikatannya adalah 50% ionik. Jika perbedaannya lebih besar, senyawa tersebut dapat dianggap ionik.
Model ikatan kimia ionik banyak digunakan untuk menggambarkan sifat-sifat banyak zat, terutama senyawa logam alkali dan alkali tanah dengan nonlogam. Hal ini disebabkan oleh kesederhanaan penggambaran senyawa tersebut: mereka dianggap dibangun dari bola bermuatan yang tidak dapat dimampatkan yang sesuai dengan kation dan anion. Dalam hal ini, ion-ion cenderung mengatur diri mereka sendiri sedemikian rupa sehingga gaya tarik menarik di antara mereka maksimum, dan gaya tolak-menolak minimal.
ikatan hidrogen
Ikatan hidrogen adalah jenis khusus dari ikatan kimia. Diketahui bahwa senyawa hidrogen dengan nonlogam yang sangat elektronegatif seperti F, O, N memiliki titik didih yang sangat tinggi. Jika dalam deret 2 Тe–H 2 Se–H 2 S titik didihnya menurun secara alami, maka ketika berpindah dari H 2 S ke 2 , lompatan tajam ke peningkatan suhu ini diamati. Gambaran yang sama diamati pada rangkaian asam hidrohalat. Hal ini menunjukkan adanya interaksi spesifik antara molekul H2O dan molekul HF. Interaksi semacam itu harus menghalangi pemisahan molekul satu sama lain, mis. mengurangi volatilitasnya, dan, akibatnya, meningkatkan titik didih zat yang sesuai. Karena perbedaan besar dalam RE, ikatan kimia H–F, H–O, H–N sangat terpolarisasi. Oleh karena itu, atom hidrogen memiliki muatan efektif positif (δ +), dan atom F, O dan N memiliki kerapatan elektron berlebih, dan mereka bermuatan negatif ( -). Karena gaya tarik Coulomb, atom hidrogen bermuatan positif dari satu molekul berinteraksi dengan atom elektronegatif dari molekul lain. Karena ini, molekul tertarik satu sama lain (titik tebal menunjukkan ikatan hidrogen).
Hidrogen disebut ikatan semacam itu, yang dibentuk melalui atom hidrogen, yang merupakan bagian dari salah satu dari dua partikel yang terhubung (molekul atau ion). Energi ikatan hidrogen ( 21–29 kJ/mol atau 5–7 kkal/mol) kira-kira 10 kali lebih sedikit energi ikatan kimia biasa. Namun, ikatan hidrogen menyebabkan keberadaan pasangan molekul dimer (H 2 O) 2, (HF) 2 dan asam format.
Dalam rangkaian kombinasi atom HF, H O, HN, HCl, HS, energi ikatan hidrogen berkurang. Ini juga menurun dengan meningkatnya suhu, sehingga zat dalam keadaan uap menunjukkan ikatan hidrogen hanya untuk sebagian kecil; itu adalah karakteristik zat dalam keadaan cair dan padat. Zat seperti air, es, amonia cair, asam organik, alkohol, dan fenol diasosiasikan menjadi dimer, trimer, dan polimer. Dalam keadaan cair, dimer adalah yang paling stabil.
Ikatan kimia ionik adalah ikatan yang terbentuk antara atom-atom unsur kimia (ion bermuatan positif atau negatif). Jadi apa itu ikatan ionik, dan bagaimana ikatannya?
Karakteristik umum dari ikatan kimia ionik
Ion adalah partikel bermuatan yang menjadi atom ketika mereka menyumbangkan atau menerima elektron. Mereka tertarik satu sama lain dengan cukup kuat, karena alasan inilah zat dengan jenis ikatan ini memiliki titik didih dan titik leleh yang tinggi.
Beras. 1. Ion.
Ikatan ion adalah ikatan kimia antara ion yang berbeda karena gaya tarik elektrostatiknya. Ini dapat dianggap sebagai kasus pembatas dari ikatan kovalen, ketika perbedaan antara keelektronegatifan atom yang terikat begitu besar sehingga terjadi pemisahan muatan secara sempurna.
Beras. 2. Ikatan kimia ionik.
Biasanya diyakini bahwa ikatan memperoleh karakter elektronik jika EC > 1,7.
Selisih nilai keelektronegatifan semakin besar, semakin jauh letak unsur-unsur tersebut satu sama lain dalam sistem periodik menurut periode. Sambungan ini merupakan ciri khas logam dan nonlogam, terutama yang terletak pada kelompok yang paling terpencil, misalnya I dan VII.
Contoh: garam meja, natrium klorida NaCl:
Beras. 3. Skema ikatan kimia ionik natrium klorida.
Ikatan ionik ada dalam kristal, ia memiliki kekuatan, panjang, tetapi tidak jenuh dan tidak terarah. Ikatan ionik adalah karakteristik hanya untuk zat kompleks, seperti garam, alkali, dan beberapa oksida logam. Dalam keadaan gas, zat tersebut ada dalam bentuk molekul ionik.
Ikatan kimia ionik terbentuk antara logam khas dan non-logam. Elektron tanpa gagal berpindah dari logam ke non-logam, membentuk ion. Akibatnya, gaya tarik elektrostatik terbentuk, yang disebut ikatan ion.
Faktanya, ikatan ionik sepenuhnya tidak terjadi. Apa yang disebut ikatan ionik sebagian ionik, sebagian kovalen. Namun, ikatan ion molekul kompleks dapat dianggap ionik.
Contoh pembentukan ikatan ion
Ada beberapa contoh pembentukan ikatan ion:
- interaksi kalsium dan fluor
Ca 0 (atom) -2e \u003d Ca 2 + (ion)
Lebih mudah bagi kalsium untuk mendonorkan dua elektron daripada menerima yang hilang.
F 0 (atom) + 1e \u003d F- (ion)
- Fluor, sebaliknya, lebih mudah menerima satu elektron daripada memberikan tujuh elektron.
Mari kita cari kelipatan persekutuan terkecil antara muatan ion-ion yang terbentuk. Sama dengan 2. Mari kita tentukan jumlah atom fluor yang akan menerima dua elektron dari atom kalsium: 2:1 = 2. 4.
Mari kita buat rumus untuk ikatan kimia ionik:
Ca 0 +2F 0 →Ca 2 +F−2.
- interaksi natrium dan oksigen
Teori ikatan kimia menempati tempat penting dalam kimia modern. Ini menjelaskan mengapa atom bergabung menjadi partikel kimia dan memungkinkan perbandingan stabilitas partikel-partikel ini. Dengan menggunakan teori ikatan kimia, komposisi dan struktur berbagai senyawa dapat diprediksi. Konsep pemutusan beberapa ikatan kimia dan pembentukan yang lain mendasari ide-ide modern tentang transformasi zat dalam proses reaksi kimia.
Ikatan kimia adalah interaksi atom yang menentukan stabilitas partikel kimia atau kristal secara keseluruhan. Ikatan kimia terbentuk karena interaksi elektrostatik antara partikel bermuatan: kation dan anion, inti dan elektron. Ketika atom saling mendekat, gaya tarik menarik mulai bekerja antara inti atom satu dan elektron atom lain, serta gaya tolak menolak antara inti dan antar elektron. Pada jarak tertentu, gaya-gaya ini saling menyeimbangkan, dan partikel kimia yang stabil terbentuk.
Ketika ikatan kimia terbentuk, redistribusi yang signifikan dari kerapatan elektron atom dalam senyawa dibandingkan dengan atom bebas dapat terjadi. Dalam kasus yang membatasi, ini mengarah pada pembentukan partikel bermuatan - ion (dari "ion" Yunani - pergi).
Interaksi ion
Jika sebuah atom kehilangan satu atau lebih elektron, maka ia berubah menjadi ion positif - kation (diterjemahkan dari bahasa Yunani - "turun). Ini adalah bagaimana kation hidrogen H +, litium Li +, barium Ba 2+ terbentuk. Memperoleh elektron , atom berubah menjadi ion negatif - anion (dari bahasa Yunani "anion" - naik) Contoh anion adalah ion fluorida F - , ion sulfida S 2 - .
Kation dan anion dapat saling tarik menarik. Dalam hal ini, ikatan kimia terjadi, dan senyawa kimia terbentuk. Jenis ikatan kimia ini disebut ikatan ion:
Ikatan ionik adalah ikatan kimia yang terbentuk oleh gaya tarik elektrostatik antara kation dan anion.
Mekanisme pembentukan ikatan ionik dapat dipertimbangkan dengan menggunakan contoh reaksi antara natrium dan klorin. Sebuah atom logam alkali dengan mudah kehilangan elektron, sedangkan atom halogen mendapatkan satu. Akibatnya, kation natrium dan ion klorida terbentuk. Mereka membentuk koneksi karena daya tarik elektrostatik di antara mereka.
Interaksi antara kation dan anion tidak bergantung pada arah, sehingga ikatan ion dikatakan tidak searah. Setiap kation dapat menarik sejumlah anion, dan sebaliknya. Inilah sebabnya mengapa ikatan ion tidak jenuh. Jumlah interaksi antara ion dalam keadaan padat hanya dibatasi oleh ukuran kristal. Oleh karena itu, "molekul" senyawa ionik harus dianggap sebagai keseluruhan kristal.
Agar ikatan ion dapat terjadi, perlu jumlah nilai energi ionisasi E saya(untuk pembentukan kation) dan afinitas elektron SEBUAH e(untuk pembentukan anion) harus secara energetik menguntungkan. Ini membatasi pembentukan ikatan ionik oleh atom-atom logam aktif (elemen dari gugus IA- dan IIA, beberapa elemen dari gugus IIIA dan beberapa elemen transisi) dan non-logam aktif (halogen, kalkogen, nitrogen).
Ikatan ion ideal praktis tidak ada. Bahkan dalam senyawa yang biasanya disebut sebagai ionik, tidak ada transfer elektron yang lengkap dari satu atom ke atom lainnya; elektron sebagian tetap umum digunakan. Jadi, ikatan dalam litium fluorida adalah 80% ionik, dan 20% kovalen. Oleh karena itu, lebih tepat untuk berbicara tentang derajat ionisitas(polaritas) dari ikatan kimia kovalen. Diyakini bahwa dengan perbedaan keelektronegatifan unsur-unsur 2.1, ikatannya adalah 50% ionik. Jika perbedaannya lebih besar, senyawa tersebut dapat dianggap ionik.
Model ikatan kimia ionik banyak digunakan untuk menggambarkan sifat-sifat banyak zat, terutama senyawa logam alkali dan alkali tanah dengan nonlogam. Hal ini disebabkan oleh kesederhanaan penggambaran senyawa tersebut: mereka dianggap dibangun dari bola bermuatan yang tidak dapat dimampatkan yang sesuai dengan kation dan anion. Dalam hal ini, ion-ion cenderung mengatur diri mereka sendiri sedemikian rupa sehingga gaya tarik menarik di antara mereka maksimum, dan gaya tolak-menolak minimal.
jari-jari ionik
Model ikatan ionik elektrostatik sederhana menggunakan konsep jari-jari ion. Jumlah jari-jari kation dan anion tetangga harus sama dengan jarak antar inti yang sesuai:
r 0 = r + + r −
Dalam hal ini, masih belum jelas di mana batas antara kation dan anion harus ditarik. Hari ini diketahui bahwa ikatan ionik murni tidak ada, karena selalu ada beberapa awan elektron yang tumpang tindih. Untuk menghitung jari-jari ion, metode penelitian digunakan yang memungkinkan Anda menentukan kerapatan elektron antara dua atom. Jarak antar inti dibagi pada titik di mana kerapatan elektron minimum.
Ukuran ion tergantung pada banyak faktor. Dengan muatan ion yang konstan, dengan peningkatan nomor seri (dan, akibatnya, muatan inti), jari-jari ionik berkurang. Hal ini terutama terlihat dalam deret lantanida, di mana jari-jari ionik berubah secara monoton dari 117 pm untuk (La 3+) menjadi 100 pm (Lu 3+) pada bilangan koordinasi 6. Efek ini disebut kompresi lantanida.
Dalam golongan unsur, jari-jari ionik umumnya bertambah dengan bertambahnya nomor atom. Namun, untuk d-elemen periode keempat dan kelima karena kompresi lantanida, bahkan penurunan jari-jari ionik dapat terjadi (misalnya, dari 73 pm untuk Zr 4+ ke 72 pm untuk Hf 4+ pada bilangan koordinasi 4).
Dalam periode tersebut, ada penurunan yang nyata dalam jari-jari ionik, terkait dengan peningkatan daya tarik elektron ke nukleus dengan peningkatan simultan dalam muatan nukleus dan muatan ion itu sendiri: 116 pm untuk Na +, 86 pm untuk Mg 2+, 68 pm untuk Al 3+ (nomor koordinasi 6). Untuk alasan yang sama, peningkatan muatan ion menyebabkan penurunan jari-jari ionik untuk satu unsur: Fe 2+ 77 pm, Fe 3+ 63 pm, Fe 6+ 39 pm (bilangan koordinasi 4).
Perbandingan jari-jari ion hanya dapat dilakukan pada bilangan koordinasi yang sama, karena mempengaruhi ukuran ion akibat gaya tolak menolak antar ion lawan. Hal ini terlihat jelas pada contoh ion Ag+; jari-jari ionnya adalah 81, 114, dan 129 pm untuk bilangan koordinasi 2, 4, dan 6.
Struktur senyawa ionik yang ideal, karena daya tarik maksimum antara ion yang tidak sejenis dan gaya tolak minimum dari ion yang sejenis, sangat ditentukan oleh rasio jari-jari ion kation dan anion. Hal ini dapat ditunjukkan dengan konstruksi geometris sederhana.
| Sikap r + : r − | Bilangan koordinasi kation | Lingkungan | Contoh |
| 0,225−0,414 | 4 | tetrahedral | ZnS |
| 0,414−0,732 | 6 | Bersegi delapan | NaCl |
| 0,732−1,000 | 8 | kubik | CsCl |
| >1,000 | 12 | dodecahedral | Tidak ditemukan dalam kristal ionik |
Energi ikatan ionik
Energi ikat untuk senyawa ionik adalah energi yang dilepaskan selama pembentukannya dari ion lawan gas yang jaraknya tak terhingga satu sama lain. Mempertimbangkan hanya gaya elektrostatik yang sesuai dengan sekitar 90% dari total energi interaksi, yang juga mencakup kontribusi gaya non-elektrostatik (misalnya, tolakan kulit elektron).
Ketika ikatan ion terjadi antara dua ion bebas, energi tarik-menarik mereka ditentukan oleh: hukum Coulomb:
E(adj.) = q + q/ (4π r ε),
di mana q+ dan q- muatan ion yang berinteraksi, r adalah jarak antara keduanya, adalah permitivitas medium.
Karena salah satu muatannya negatif, nilai energinya juga akan negatif.
Menurut hukum Coulomb, pada jarak yang sangat kecil, energi tarik-menarik harus menjadi sangat besar. Namun, ini tidak terjadi, karena ion bukanlah muatan titik. Ketika ion mendekati satu sama lain, gaya tolak muncul di antara mereka, karena interaksi awan elektron. Energi tolak-menolak ion dijelaskan oleh persamaan Born:
E(ott.) = PADA / rn,
di mana PADA- beberapa konstan, n dapat mengambil nilai dari 5 hingga 12 (tergantung pada ukuran ion). Energi total ditentukan oleh jumlah energi tarik-menarik dan tolak-menolak:
E = E(adv.) + E(ott.)
Nilainya melewati minimum. Koordinat titik minimum sesuai dengan jarak kesetimbangan r 0 dan energi kesetimbangan interaksi antara ion E 0:
E 0 = q + q − (1 - 1 / n) / (4π r 0 ε)
Selalu ada lebih banyak interaksi dalam kisi kristal daripada antara sepasang ion. Jumlah ini ditentukan terutama oleh jenis kisi kristal. Untuk memperhitungkan semua interaksi (melemah dengan bertambahnya jarak), yang disebut konstanta Madelung dimasukkan ke dalam ekspresi energi kisi kristal ionik TETAPI:
E(adj.) = SEBUAH q + q/ (4π r ε)
Nilai konstanta Madelung hanya ditentukan oleh geometri kisi dan tidak bergantung pada jari-jari dan muatan ion. Misalnya, untuk natrium klorida adalah 1,74756.
Ikatan ionik
Teori ikatan kimia mengambil tempat penting dalam kimia modern. Dia adalah menjelaskan mengapa atom bergabung untuk membentuk partikel kimia, dan memungkinkan untuk membandingkan stabilitas partikel-partikel ini. Menggunakan teori ikatan kimia, bisa memprediksi komposisi dan struktur berbagai senyawa. Konsep dari pemutusan beberapa ikatan kimia dan pembentukan yang lain mendasari ide-ide modern tentang transformasi zat dalam reaksi kimia .
ikatan kimia- ini interaksi atom , menentukan stabilitas partikel kimia atau kristal secara keseluruhan . ikatan kimia terbentuk melalui interaksi elektrostatik di antara partikel bermuatan : kation dan anion, inti dan elektron. Ketika atom saling mendekat, gaya tarik menarik mulai bekerja antara inti atom satu dan elektron atom lain, serta gaya tolak menolak antara inti dan antar elektron. pada agak jauh ini kekuatan saling menyeimbangkan, dan partikel kimia yang stabil terbentuk .
Ketika ikatan kimia terbentuk, redistribusi yang signifikan dari kerapatan elektron atom dalam senyawa dapat terjadi dibandingkan dengan atom bebas.
Dalam kasus yang membatasi, ini mengarah pada pembentukan partikel bermuatan - ion (dari "ion" Yunani - pergi).
1 Interaksi ion
Jika sebuah atom kehilangan satu atau sedikit elektron, kemudian dia berubah menjadi ion positif - kation(diterjemahkan dari bahasa Yunani - " turun"). Begini caranya kation hidrogen H +, litium Li +, barium Ba 2+ . Mendapatkan elektron, atom berubah menjadi ion negatif - anion(dari bahasa Yunani "anion" - naik ke atas). Contoh anion adalah ion fluorida F , ion sulfida S 2− .
Kation dan anion sanggup saling tarik menarik. Hal ini menimbulkan ikatan kimia, dan senyawa kimia terbentuk. Jenis ikatan kimia ini disebut ikatan ion :
2 Definisi ikatan ionik
Ikatan ionik adalah ikatan kimia berpendidikan atas biaya gaya tarik elektrostatik antara kation dan anion .
Mekanisme pembentukan ikatan ionik dapat dilihat pada contoh reaksi antara natrium dan klorin . Atom logam alkali dengan mudah kehilangan elektron, sebuah atom halogen - memperoleh. Akibatnya, ada kation natrium dan ion klorida. Mereka membentuk koneksi melalui tarik-menarik elektrostatik di antara mereka .
Interaksi antara kation dan anion tidak bergantung pada arah, itu sebabnya tentang ikatan ion mereka berbicara tentang tidak terarah. Setiap kation mungkin menarik sejumlah anion, dan dan sebaliknya. Itu sebabnya ikatan ion adalah tak jenuh. Nomor interaksi antara ion dalam keadaan padat hanya dibatasi oleh ukuran kristal. Itu sebabnya" molekul " senyawa ionik harus dianggap sebagai keseluruhan kristal .
Untuk kemunculannya ikatan ion diperlukan, ke jumlah energi ionisasi Ei(membentuk kation) dan afinitas elektron Sebuah e(untuk pembentukan anion) harus menguntungkan secara energik. dia membatasi pembentukan ikatan ion oleh atom-atom logam aktif(unsur golongan IA- dan IIA, beberapa unsur golongan IIIA dan beberapa unsur transisi) dan non-logam aktif(halogen, kalkogen, nitrogen).
Ikatan ion ideal praktis tidak ada. Bahkan dalam senyawa-senyawa yang biasanya disebut sebagai ionik , tidak ada transfer elektron yang lengkap dari satu atom ke atom lainnya ; elektron sebagian tetap umum digunakan. Ya, koneksi lithium fluorida sebesar 80% ionik, dan sebesar 20% - kovalen. Oleh karena itu, lebih tepat untuk berbicara tentang derajat ionisitas (polaritas) ikatan kimia kovalen. Diyakini bahwa dengan perbedaan keelektronegatifan elemen 2.1 komunikasi aktif 50% ionik. Pada perbedaan yang lebih besar menggabungkan dapat dianggap ionik .
Model ionik dari ikatan kimia banyak digunakan untuk menggambarkan sifat-sifat banyak zat., pertama-tama, koneksi basa dan logam alkali tanah dengan non-logam. Ini karena kemudahan deskripsi senyawa tersebut: percaya mereka dibangun dari bola bermuatan yang tidak dapat dimampatkan, sesuai kation dan anion. Dalam hal ini, ion-ion cenderung mengatur diri mereka sendiri sedemikian rupa sehingga gaya tarik menarik di antara mereka maksimum, dan gaya tolak-menolak minimal.
Ikatan ionik- ikatan kimia yang kuat terbentuk antara atom dengan perbedaan besar (>1,7 pada skala Pauling) keelektronegatifan, dengan yang pasangan elektron bersama pergi sepenuhnya ke atom dengan elektronegativitas yang lebih besar. Ini adalah daya tarik ion sebagai benda yang bermuatan berlawanan. Contohnya adalah senyawa CsF, di mana "derajat ionisitas" adalah 97%.
Ikatan ionik- kasus ekstrim polarisasi ikatan kovalen polar. Terbentuk antara khas logam dan non-logam. Dalam hal ini, elektron dalam logam sepenuhnya ditransfer ke non-logam . Ion terbentuk.
Jika ikatan kimia terbentuk antara atom-atom yang memiliki perbedaan elektronegativitas yang sangat besar (EO > 1,7 menurut Pauling), maka pasangan elektron bersama adalah pergi ke atom dengan EC lebih tinggi. Ini menghasilkan pembentukan senyawa ion yang bermuatan berlawanan :
Di antara ion yang terbentuk ada tarik-menarik elektrostatik, yang disebut ikatan ion. Sebaliknya, pandangan ini nyaman. Dalam praktek ikatan ion antara atom dalam dalam bentuknya yang murni tidak terwujud di mana pun atau hampir tidak di mana pun, biasanya pada kenyataannya koneksinya adalah sebagian ionik , dan sebagian karakter kovalen. Pada saat yang sama, komunikasi ion molekul kompleks sering dapat dianggap murni ionik. Perbedaan paling penting antara ikatan ionik dan jenis ikatan kimia lainnya adalah: non-directionality dan unsaturation. Itulah sebabnya kristal yang dibentuk oleh ikatan ionik tertarik ke berbagai kemasan dekat dari ion yang sesuai.
3 jari-jari ionik
dalam keadaan menganggur model elektrostatik ikatan ion konsep yang digunakan jari-jari ionik . Jumlah jari-jari kation dan anion tetangga harus sama dengan jarak antar inti yang sesuai :
r 0 = r + + r −
Pada saat yang sama, itu tetap samar kemana harus mengambil batas antara kation dan anion . Dikenal hari ini , bahwa ikatan ionik murni tidak ada, seperti biasa ada beberapa awan elektron yang tumpang tindih. Untuk perhitungan jari-jari ion menggunakan metode penelitian, yang memungkinkan Anda untuk menentukan kerapatan elektron antara dua atom . Jarak antar inti dibagi pada suatu titik, di mana kerapatan elektron minimal .
Ukuran ion tergantung pada banyak faktor. Pada muatan konstan ion dengan meningkatnya nomor seri(dan akibatnya, muatan nuklir) jari-jari ion berkurang. Ini terutama terlihat dalam seri lantanida, di mana jari-jari ion berubah secara monoton dari 117 pm untuk (La 3+) menjadi 100 pm (Lu 3+) pada bilangan koordinasi 6. Efek ini disebut kompresi lantanida .
PADA kelompok elemen jari-jari ion umumnya meningkat dengan meningkatnya nomor atom. Namun untuk d-elemen periode keempat dan kelima karena kompresi lantanida bahkan penurunan jari-jari ionik dapat terjadi(misalnya, dari 73 pm untuk Zr 4+ hingga 72 pm untuk Hf 4+ dengan bilangan koordinasi 4).
Dalam periode tersebut, ada penurunan yang nyata dalam jari-jari ionik berkaitan dengan peningkatan daya tarik elektron ke nukleus dengan peningkatan simultan dalam muatan nukleus dan muatan ion itu sendiri: 116 pm untuk Na +, 86 pm untuk Mg 2+ , 68 pm untuk Al 3+ (nomor koordinasi 6). Untuk alasan yang sama peningkatan muatan ion menyebabkan penurunan jari-jari ionik untuk satu elemen: Fe 2+ 77 pm, Fe 3+ 63 pm, Fe 6+ 39 pm (koordinat nomor 4).
Perbandingan jari-jari ionik bisa dilakukan hanya dengan bilangan koordinasi yang sama, karena itu mempengaruhi ukuran ion karena gaya tolak-menolak antara counterions. Ini jelas terlihat dalam contoh ion Ag+; jari-jari ionnya adalah 81, 114 dan 129 pm untuk bilangan koordinasi 2, 4 dan 6 , masing-masing .
Struktur senyawa ion sempurna, karena tarikan maksimum antara ion yang berbeda dan tolakan minimum antara ion sejenis, dalam banyak hal ditentukan oleh rasio jari-jari ion kation dan anion. Itu bisa ditunjukkan konstruksi geometris sederhana.
4 Energi ikatan ionik
Energi ikatan dan untuk senyawa ionik- ini energi, yang di dilepaskan selama pembentukannya dari counterion gas yang sangat jauh dari satu sama lain . Mempertimbangkan hanya gaya elektrostatik yang sesuai dengan sekitar 90% dari total energi interaksi, yang termasuk juga kontribusi gaya non-elektrostatik(Misalnya, tolakan kulit elektron).
Kapan ikatan ion antara dua energi ion bebas mereka tarik-menarik ditentukan oleh hukum Coulomb :
E(adj.) = q+ q− / (4π r ),
di mana q+ dan q−- biaya ion berinteraksi , r - jarak antara mereka , ε - permitivitas sedang .
Karena salah satu tuduhan negatif, kemudian nilai energi juga akan negatif .
Berdasarkan hukum Coulomb, pada Pada jarak yang sangat kecil, energi tarik-menarik harus menjadi sangat besar. Namun, ini tidak terjadi, karena ion bukan muatan titik. Pada pendekatan ion ada gaya tolak-menolak di antara mereka, karena interaksi awan elektronik . Energi tolakan ion dijelaskan Persamaan lahir :
E (ott.) \u003d B / rn,
di mana PADA - beberapa konstan , n mungkin ambil nilai dari 5 hingga 12(tergantung pada ukuran ion). Energi total ditentukan oleh jumlah energi tarik-menarik dan tolak-menolak :
E \u003d E (adv.) + E (ott.)
Maknanya menembus minimum . Koordinat titik minimum sesuai dengan jarak kesetimbangan r 0 dan energi kesetimbangan interaksi antara ion E 0 :
E0 = q+ q− (1 - 1 / n) / (4π r0 )
PADA kisi kristal selalu ada lebih banyak interaksi, bagaimana antara sepasang ion. Nomor ini ditentukan terutama oleh jenis kisi kristal. Untuk memperhitungkan semua interaksi(melemah dengan bertambahnya jarak) ke dalam ekspresi untuk energi ionik kisi kristal perkenalkan apa yang disebut konstanta Madelunga A :
E(adj.) = A q+ q− / (4π r )
Nilai konstan Madelunga ditentukan saja geometri kisi dan tidak tergantung pada jari-jari dan muatan ion. Misalnya untuk natrium klorida itu sama dengan 1,74756 .
5 polarisasi ion
Selain besarnya muatan dan radius karakteristik penting dan dia adalah miliknya sifat polarisasi. Mari kita pertimbangkan pertanyaan ini secara lebih rinci. Pada partikel non-polar (atom, ion, molekul) pusat gravitasi muatan positif dan negatif bertepatan. Dalam medan listrik, kulit elektron dipindahkan ke arah pelat bermuatan positif, dan inti - ke arah pelat bermuatan negatif. Karena deformasi partikel muncul di dalamnya dipol, dia menjadi kutub .
sumber medan listrik dalam senyawa dengan jenis ikatan ionik adalah ion itu sendiri. Oleh karena itu, berbicara tentang sifat polarisasi ion , diperlukan membuat perbedaan efek polarisasi dari ion tertentu dan kemampuan dirinya untuk mempolarisasi dalam medan listrik .
Efek polarisasi ion akan menjadi satu-satunya besar, bagaimana lebih banyak medan kekuatannya, yaitu dari lebih banyak muatan dan lebih sedikit jari-jari ion. Oleh karena itu, dalam dalam subkelompok dalam Tabel Periodik Unsur efek polarisasi ion berkurang dari atas ke bawah, karena di subkelompok dengan nilai muatan ion yang konstan dari atas ke bawah, jari-jarinya meningkat .
Itu sebabnya efek polarisasi ion logam alkali, misalnya, meningkat dari sesium ke litium, dan berturut-turut ion halida - dari I ke F. Dalam periode efek polarisasi ion meningkat dari kiri ke kanan bersama dengan kenaikan muatan ion dan mengecilkan radiusnya .
Polarisabilitas ion, kemampuannya untuk deformasi meningkat dengan penurunan medan gaya, yaitu dengan pengurangan jumlah biaya dan peningkatan radius . Polarisabilitas anion biasanya di atas, bagaimana kation dan berturut-turut halida tumbuh dari F ke I .
pada sifat polarisasi kation membuat mempengaruhi sifat kulit elektron terluarnya . Sifat polarisasi kation bagaimana? aktif, serta dalam pengertian pasif pada muatan yang sama dan peningkatan radius dekat saat berpindah dari kation dengan kulit terisi ke kation dengan kulit terluar yang belum selesai dan selanjutnya ke kation dengan kulit 18 elektron.
Misalnya, dalam deret kation Mg 2+ , Ni 2+ , sifat polarisasi Zn 2+ mengintensifkan. Pola ini konsisten dengan perubahan jari-jari ion dan struktur kulit elektronnya yang diberikan dalam deret:
untuk anion sifat polarisasi memburuk dalam urutan ini:
I - , Br - , Cl - , CN - , OH - , NO 3 - , F - , ClO 4 - .
hasil interaksi polarisasi ion adalah deformasi kulit elektronnya dan, sebagai akibatnya, pemendekan jarak interionik dan pemisahan yang tidak lengkap dari yang negatif dan muatan positif antar ion.
Misalnya, dalam kristal natrium klorida jumlah biaya pada ion natrium adalah +0,9 , dan pada ion klorin - 0,9 dari pada satuan yang diharapkan. Dalam sebuah molekul KCl terletak di keadaan uap, nilai muatan ion kalium dan klorin adalah 0,83 unit muatan, dan dalam molekul hidrogen klorida- hanya 0,17 satuan muatan.
Polarisasi ion membuat efek nyata pada sifat-sifat senyawa dengan ikatan ion , menurunkan titik leleh dan titik didihnya , mengurangi disosiasi elektrolitik dalam larutan dan lelehan, dll. .
senyawa ionik terbentuk ketika interaksi elemen , sangat berbeda dalam sifat kimia. Lebih jarak antar unsur dalam tabel periodik, topik dalam ikatan ion lebih menonjol dalam senyawanya . Melawan, dalam molekul, dibentuk oleh atom-atom yang sama atau atom-atom dari unsur-unsur yang memiliki sifat kimia yang serupa, bangkitlah jenis komunikasi lainnya. Itu sebabnya teori ikatan ion Memiliki penggunaan terbatas .
6 Pengaruh polarisasi ion terhadap sifat zat dan sifat ikatan ionik dan senyawa ionik
Ide tentang polarisasi ion membantu menjelaskan perbedaan sifat dari banyak zat yang serupa. Misalnya perbandingan natrium klorida dan kalium dengan perak klorida menunjukkan bahwa ketika dekat jari-jari ion
polarisasi kation Ag+ memiliki kulit terluar 18 elektron , di atas, Apa menyebabkan peningkatan kekuatan ikatan logam-klorin dan kelarutan yang lebih rendah dari perak klorida dalam air .
Saling polarisasi ion memfasilitasi penghancuran kristal, yang mengarah ke menurunkan titik leleh zat. Untuk alasan ini suhu leleh TlF (327 oС) secara signifikan lebih rendah dari RbF (798 oC). Suhu dekomposisi zat juga akan menurun dengan peningkatan polarisasi timbal balik ion. Itu sebabnya iodida umumnya terurai pada suhu yang lebih rendah, bagaimana halida lainnya, sebuah senyawa litium - termal kurang stabil , daripada senyawa unsur alkali lainnya .
Deformabilitas kulit elektron mempengaruhi sifat optik zat. Bagaimana partikel yang lebih terpolarisasi , semakin rendah energi transisi elektronik. Jika sebuah polarisasi rendah , eksitasi elektron membutuhkan energi yang lebih tinggi, yang menjawab ultraviolet bagian dari spektrum. Zat seperti itu biasanya tanpa warna. Dalam kasus polarisasi kuat ion, eksitasi elektron terjadi pada penyerapan radiasi elektromagnetik di wilayah spektrum yang terlihat. Itu sebabnya beberapa zat, terbentuk ion tak berwarna, berwarna .
ciri senyawa ionik melayani kelarutan yang baik dalam pelarut polar (air, asam, dll.). Ini berhubungan dengan muatan bagian-bagian molekul. Di mana dipol pelarut tertarik ke ujung molekul yang bermuatan, dan sebagai hasil gerak brown , « membawa pergi» molekul zat menjadi bagian-bagian dan mengelilinginya , mencegah koneksi ulang. Hasilnya adalah ion-ion yang dikelilingi oleh dipol pelarut .
Ketika senyawa tersebut dilarutkan, sebagai suatu peraturan, energi dilepaskan, karena energi total ikatan yang terbentuk ion pelarut memiliki lebih banyak energi ikatan anion-kation. Pengecualian banyak garam asam nitrat (nitrat), yang menyerap panas saat dilarutkan (larutan didinginkan). Fakta terakhir dijelaskan berdasarkan hukum bahwa dipertimbangkan dalam kimia fisik .
7 kisi kristal
senyawa ionik(misalnya natrium klorida NaCl) - padat dan tahan panas karena antara muatan ionnya("+" dan "-") ada gaya tarik elektrostatik yang kuat .
Ion klorida bermuatan negatif menarik Tidak hanya " Milikku " ion Na+, tetapi juga ion natrium lain di sekitar. dia mengarah ke, Apa dekat salah satu ion ada lebih dari satu ion dengan tanda yang berlawanan , tapi beberapa(Gbr. 1).
Beras. satu. Struktur kristal garam biasa NaCl .
Faktanya, tentang setiap ion klorida terletak 6 ion natrium, dan tentang setiap ion natrium - 6 ion klorida .
Pengepakan ion yang teratur ini disebut kristal ionik. Jika kita memilih yang terpisah atom klorin, lalu di antara atom natrium sekitarnya sudah tidak mungkin menemukannya, yang klorin bereaksi.. Tertarik satu sama lain gaya elektrostatik , ion sangat enggan untuk mengubah lokasi mereka di bawah pengaruh kekuatan eksternal atau kenaikan suhu. Tapi jika suhunya sangat tinggi (sekitar 1500 °C), kemudian NaCl menguap, membentuk molekul diatomik. Ini menunjukkan bahwa kekuatan ikatan kovalen tidak pernah mati sepenuhnya .
kristal ionik berbeda titik leleh tinggi, biasanya celah pita yang signifikan, memiliki konduktivitas ionik pada suhu tinggi dan sejumlah sifat optik tertentu(Misalnya, transparansi dalam spektrum IR dekat). Mereka dapat dibangun dari monoatomik, dan dari ion poliatomik. Contoh kristal ionik dari tipe pertama - kristal alkali halida dan logam alkali tanah ; anion diatur menurut hukum kemasan bola terdekat atau batu bola padat , kation menempati rongga yang sesuai. Paling ciri struktur jenis ini adalah NaCl, CsCl, CaF2. Kristal ionik tipe kedua dibangun dari kation monoatomik dari logam yang sama dan fragmen anionik terbatas atau tak terbatas . Anion terminal(residu asam) - NO3-, SO42-, CO32- dan lainnya . Residu asam dapat membentuk rantai tak berujung , lapisan atau membentuk bingkai tiga dimensi, di dalam rongganya kation berada, seperti, misalnya, di struktur kristal silikat. Untuk kristal ionik adalah mungkin untuk menghitung energi struktur kristal kamu(lihat tabel), kira-kira sama dengan entalpi sublimasi; hasil sesuai dengan data eksperimen. Menurut persamaan Lahir-Meyer, untuk kristal, yang terdiri dari ion bermuatan tunggal secara formal :
U \u003d -A / R + Be-R / r - C / R6 - D / R8 + E0
(R - jarak antar ion terpendek , TETAPI - Konstanta Madelung , bergantung dari geometri struktur , PADA dan r - pilihan , menjelaskan gaya tolak menolak antar partikel , C/R6 dan D/R8 cirikan masing-masing interaksi dipol-dipol dan dipol-kuadrupol dari ion , E 0 - energi titik nol , e - muatan elektron). DARI ketika kation bertambah besar, kontribusi interaksi dipol-dipol meningkat .