Ионная химическая связь

Ионная химическая связь
В Периодической системе элементов особняком стоят благородные газы.
Это уникальные химические элементы, так как даже в форме простого
вещества они существуют в пиле отдельных атомов, не связанных друг с
другом.
Некоторые химики до сих пор затрудняются ответить на вопрос, как
рассматривать частицы благородных газов в простом веществе: как
свободные атомы или как одноатомные молекулы. Нет однозначного мнения
и о том, какой тип кристаллической решетки характерен для простых
веществ этих элементов. По физическим свойствам это вещества с
молекулярными кристаллическими решетками, а по составу — ...? Ведь силы
межмолекулярного взаимодействия, удерживающие частицы в кристаллах,
действуют между атомами.
Такое «равнодушное» отношение к образованию химических связей
является «пределом мечтаний» для атомов всех других химических
элементов, которые в виде свободных атомов встречаются очень редко,
только в экстремальных условиях.
Почему же атомы благородных газов так самодостаточны? Проанализировав их положение в Периодической системе элементов, вы сами
сможете назвать причину. Все дело в том, что атомы благородных газов
содержат завершенный внешний электронный слой, на котором у атома гелия
находятся два электрона, а у остальных — восемь. Атомы всех других
элементов стремятся приобрести именно такую устойчивую электронную
конфигурацию и часто достигают этого либо в результате присоединения
электронов от других атомов (такой процесс в химии называют
восстановлением), либо в результате отдачи своих внешних электронов
другим атомам (процесс окисления). Атомы, присоединившие чужие
электроны, превращаются в отрицательные ионы, или анионы. Атомы, отдавшие свои электроны, превращаются в положительные ионы, или катионы.
Понятно, что между противоположно заряженными катионами и
анионами возникают силы электростатического притяжения, которые и будут
удерживать ионы друг около друга, осуществляя тем самым ионную
химическую связь.

Ионная химическая связь — это связь, образовавшаяся между
катионами и анионами за счет их электростатического притяжения.
Поскольку катионы образуются преимущественно атомами металлов, а
анионы — атомами неметаллов, логично сделать вывод, что этот тип связи
характерен для бинарных (двухэлементных) соединений, образованных
типичными металлами (щелочными и щелочноземельными) и типичными
неметаллами (галогенами, кислородом). Классическим примером веществ с
ионной связью являются галогениды и оксиды щелочных и щелочноземельных металлов (рис. 3.1).
Рис. 3.1. Образование ионной связи между атомами кальция и кислорода
Схему образования ионной связи между атомами натрия и хлора можно
представить так:
Два разноименно заряженных иона, связанных силами взаимного
притяжения, не теряют способности взаимодействовать и с другими
противоположно заряженными ионами. В результате образуются
кристаллические соединения, состоящие из огромного числа ионов.
Кристаллические вещества характеризуются правильным расположением тех частиц (в нашем случае ионов), из которых они состоят, в
строго определенных точках пространства. При соединении этих точек
прямыми линиями образуется пространственный каркас, который называют
кристаллической решеткой. Точки, в которых размещены частицы
кристалла, называют узлами решетки. Понятно, что вещества с ионным
типом связи имеют ионные кристаллические решетки (цв. вклейка, рис. 4).
Такие соединения представляют собой твердые, прочные, нелетучие
вещества с высокими температурами плавления. При обычных условиях
кристаллы таких веществ не проводят электрический ток, а растворы и
расплавы большинства ионных соединений представляют собой прекрасные
электролиты.
Вещества с ионными кристаллическими решетками хрупкие. Если
попытаться деформировать такую кристаллическую решетку, один из ее
слоев будет двигаться относительно другого до тех пор, пока одинаково
заряженные ионы не окажутся друг против друга. Эти ионы сразу начнут
отталкиваться, и решетка разрушится. Отсюда и хрупкость ионных
соединений.
Ионные соединения — это не только бинарные соединения щелочных и
щелочноземельных металлов. Это также соединения, образованные тремя и
более элементами. Вы без труда сможете назвать их. Это все соли (цв.
вклейка, рис. 5), а также гидроксиды щелочных и щелочноземельных
металлов.
В заключение приведем классификацию ионов по разным признакам:
1) по составу различают простые (Na+, Сl , Са2+) и сложные (ОН - ,
SO , NH ионы;
2) по знаку заряда различают положительные ионы, или катионы (Мn+,
МН , Н+), и отрицательные ионы, или анионы (ОН , анионы кислотных
остатков);
3) по наличию гидратной оболочки различают гидратированные
(например, синие ионы Сu2+ ∙ 4Н2O) и негидратированные (например,
неокрашенные ионы Сu2+).
Все в нашем мире относительно. То же самое можно сказать и об
ионной связи. Число соединений с ионным типом связи весьма ограничено,
но даже в них чисто ионной связи не наблюдается. Например, отсутствуют
«чистые» ионы натрия и хлора с зарядами +1 и -1 соответственно. Истинный
заряд этих ионов составляет +0,8 и -0,8. Следовательно, даже в соединениях,
которые рассматривают как ионные, в некоторой степени проявляется ковалентный характер связи. И, наконец, относительной истиной является
утверждение о том, что ионная связь — это результат взаимодействия самых
типичных металлов с самыми типичными неметаллами. Например, соли
аммония, образованные за счет ионной связи между катионами аммония и
анионами кислотного остатка (например, МН4Сl, NH4NO3), имеющие ионную
связь, состоят исключительно из неметаллов.
Вопросы
1. Почему благородные газы раньше относили к нулевой группе Периодической
системы? Почему сейчас их относят к восьмой группе? Какие металлы по аналогии
называют благородными? Почему?
2. Напишите электронную конфигурацию внешнего слоя атомов благородных газов,
галогенов, щелочных металлов.
3. Дайте определение понятия «катион». Какие группы катионов вы знаете?
4. Дайте определение понятия «анион». Какие группы анионов вы знаете?
5. Исходя из понятий «катион» и «анион» дайте еще одно определение ионной связи.
6. Составьте схемы образования ионной связи для веществ: СаF2, Li2O, КСl.
7. Дайте определение понятий «кристаллическая решетка», «ионная кристаллическая
решетка».
8. Какими физическими свойствами характеризуются вещества с ионными
кристаллическими решетками?
9. Среди перечисленных веществ: КСl, АlСl3, ВаО, Fе2O3, Fе2(SO4)3, H2SO4, SiO2, NН3 —
определите соединения с ионной кристаллической решеткой.
10. Не проводя расчеты, определите, в каком из соединений: NаСl, КСl, LiСl, СаСl2 —
массовая доля хлора выше. Вывод подтвердите расчетами.
11. Определите формулу ионного соединения, массовые доли элементов в котором
составляют: кальция 24,39%, азота 17,07%, кислорода 58,54%.