Какие физические свойства характерны для ионных соединений

Ионы – это атомы, потерявшие или получившие электроны и, как следствие, некоторый заряд. Для начала хотелось бы напомнить, что ионы бывают двух типов: катионы (положительный заряд ядра больше, чем количество электронов, несущих отрицательный заряд) и анионы (заряд ядра меньше количества электронов). Ионная связь образуется в результате взаимодействия двух ионов с разноименными зарядами.

Ионная и ковалентная связь

Данный тип связи является частным случаем ковалентной. Разность электроотрицательностей в данном случае столь велика (более чем 1,7 по Полингу), что общая пара электронов не частично смещается, а полностью переходит к атому с большей электроотрицательностью. Поэтому образование ионной связи является результатом возникновения сильного электростатического взаимодействия между ионами. Важно понимать, что не существует стопроцентно ионной связи. Данный термин применяется, если «ионные признаки» более выражены (т.е. электронная пара сильно смещена к более электроотрицательному атому).

Механизм ионной связи

Атомы, имеющие практически полную или практически пустую валентную (внешнюю) оболочку, наиболее охотно вступают в химические реакции. Чем меньше пустых орбиталей на валентной оболочке, тем выше шанс, что атом получит электроны извне. И наоборот – чем меньше электронов находится на внешней оболочке, тем вероятнее, что атом отдаст электрон.

Электроотрицательность

Это способность атома притягивать к себе электроны, поэтому атомы с наиболее заполненными валентными оболочками более электроотрицательны.

Типичный металл охотно отдает электроны, тогда как типичный неметалл охотнее их забирает. Поэтому чаще всего ионную связь образуют металлы и неметаллы. Отдельно следует упомянуть другой тип ионной связи – молекулярную. Ее особенность в том, что в роли ионов выступают не отдельные атомы, а целые молекулы.

Схема ионной связи

На рисунке схематически изображено формирование фторида натрия. Натрий имеет низкую электроотрицательность и всего один электрон на валентной оболочке (ВО). Фтор – значительно более высокую электроотрицательность, ему не хватает всего одного электрона для заполнения ВО. Электрон с ВО натрия, переходит на ВО фтора, заполняя орбиталь, в следствии чего оба атома приобретают разноименные заряды и притягиваются друг к другу.

Свойства ионной связи

Ионная связь достаточно сильна – разрушить ее при помощи тепловой энергии крайне сложно, а потому вещества с ионной связью имеют высокую температуру плавления. В то же время радиус взаимодействия ионов достаточно низкий, что обуславливает ломкость подобных соединений. Важнейшими ее свойствами являются ненаправленность и ненасыщаемость. Ненаправленность происходит из формы электрического поля иона, которое представляет собой сферу и способно взаимодействовать с катионами или анионами во всех направлениях. При этом поля двух ионов не компенсируются полностью, вследствие чего они вынуждены притягивать к себе дополнительные ионы, образуя кристалл, – это и есть явление, называемое ненасыщаемостью. В ионных кристаллах нет молекул, а отдельные катионы и анионы окружены множеством ионов противоположного знака, количество которых зависит в основном от положения атомов в пространстве.

Кристаллы поваренной соли (NaCl) – типичный пример ионной связи.

Таблица веществ с ионной связью

Тест по теме «Ионная связь»

Введение понятия ковалентной полярной связи

Тема се­го­дняш­не­го урока «Ко­ва­лент­ная по­ляр­ная связь». На про­шлом уроке вы по­зна­ко­ми­лись с мо­де­лью хи­ми­че­ской связи, ко­то­рая ре­а­ли­зу­ет­ся в про­стых ве­ще­ствах-неме­тал­лах. Такой вид связи на­зы­ва­ет­ся «ко­ва­лент­ная непо­ляр­ная связь».

Се­год­ня вы узна­е­те о дру­гом виде ко­ва­лент­ной связи, ко­то­рая об­ра­зу­ет мо­ле­ку­лы слож­ных ве­ществ.

Ковалентная полярная связь в молекуле хлороводорода

Рис. 1. Об­ра­зо­ва­ние мо­ле­ку­лы хло­ро­во­до­ро­да

Зная, что ко­ва­лент­ная связь об­ра­зу­ет­ся за счет общих элек­трон­ных пар, изоб­ра­зим мо­дель мо­ле­ку­лы хло­ро­во­до­ро­да. Атом во­до­ро­да имеет на внеш­нем элек­трон­ном слое всего один элек­трон. Атом хлора – семь элек­тро­нов. Эти атомы при­об­ре­тут энер­ге­ти­че­ски вы­год­ное со­сто­я­ние, если атому во­до­ро­да будет при­над­ле­жать два элек­тро­на, а атому хлора – во­семь. Такое воз­мож­но при об­ра­зо­ва­нии одной общей элек­трон­ной пары.

Связь, об­ра­зу­ю­ща­я­ся между во­до­ро­дом и хло­ром, в мо­ле­ку­ле хло­ро­во­до­ро­да от­ли­ча­ет­ся от той хи­ми­че­ской связи, ко­то­рая ре­а­ли­зу­ет­ся в мо­ле­ку­лах про­стых ве­ществ во­до­ро­да и хлора. Это под­твер­жда­ют экс­пе­ри­мен­таль­ные дан­ные. На­при­мер: атом во­до­ро­да в мо­ле­ку­ле HCl, может за­ме­щать­ся на атомы ме­тал­ла, а рас­твор хло­ро­во­до­ро­да в воде про­во­дит элек­три­че­ский ток.

2HCl+Zn=ZnCl2+H2↑

Элек­тро­от­ри­ца­тель­ность

Атомы раз­ных хи­ми­че­ских эле­мен­тов об­ла­да­ют раз­лич­ной спо­соб­но­стью при­тя­ги­вать к себе элек­тро­ны.

Шкала электроотрицательности

Спо­соб­ность атома от­тя­ги­вать к себе элек­тро­ны, участ­ву­ю­щие в об­ра­зо­ва­нии связи, на­зы­ва­ет­ся элек­тро­от­ри­ца­тель­ностью.

Рис. 2. Шкала от­но­си­тель­ной элек­тро­от­ри­ца­тель­но­сти эле­мен­тов

Лай­нус По­линг пред­ло­жил шкалу зна­че­ний от­но­си­тель­ной элек­тро­от­ри­ца­тель­но­сти, при­няв элек­тро­от­ри­ца­тель­ность лития за еди­ни­цу.

При этом он срав­ни­вал элек­тро­от­ри­ца­тель­ность осталь­ных ато­мов в хи­ми­че­ских эле­мен­тах с элек­тро­от­ри­ца­тель­но­стью лития. Мак­си­маль­ную элек­тро­от­ри­ца­тель­ностьимеет атом фтора, ее зна­че­ние равно 4.

В со­от­вет­ствии с этой шка­лой, от­но­си­тель­ная элек­тро­от­ри­ца­тель­ность во­до­ро­да мень­ше, чем зна­че­ние от­но­си­тель­нойэлек­тро­от­ри­ца­тель­но­сти хлора.

Рис. 3. Ча­стич­ные за­ря­ды ато­мов в мо­ле­ку­ле хло­ро­во­до­ро­да

Зна­чит, общая элек­трон­ная пара, и элек­трон­ная плот­ность будут сме­ще­ны к атому хлора. Об­ра­ти­те вни­ма­ние на то, что нет пол­но­го пе­ре­хо­да элек­тро­на от атома во­до­ро­да к атому хлора, а лишь сме­ща­ет­ся элек­трон­ная плот­ность в сто­ро­нуболее элек­тро­от­ри­ца­тель­но­го эле­мен­та.

Таким об­ра­зом, на ато­мах этих эле­мен­тов об­ра­зу­ют­ся ча­стич­ные за­ря­ды, ко­то­рые обо­зна­ча­ют­ся гре­че­ской бук­вой «δ». На атоме во­до­ро­да δ+, на атоме хлора δ-.Рис.3.

Ковалентная полярная связь в молекулах

Хи­ми­че­скую связь, об­ра­зо­ван­ную эле­мен­та­ми-неме­тал­ла­ми с раз­ной элек­тро­от­ри­ца­тель­но­стью, на­зы­ва­ют ко­ва­лент­ной по­ляр­ной свя­зью.

Те­перь, зная мо­дель хи­ми­че­ской связи в мо­ле­ку­ле хло­ро­во­до­ро­да, мы можем объ­яс­нить, по­че­му рас­твор хло­ро­во­до­ро­да в воде ста­но­вит­ся элек­тро­про­вод­ным. От­ку­да там бе­рут­ся за­ря­жен­ные ча­сти­цы? Дело в том, что под дей­стви­ем мо­ле­кул воды об­ра­зу­ют­ся не ча­стич­ные, а це­ло­чис­лен­ные за­ря­ды на ато­мах H и Cl. Таким об­ра­зом, в рас­твор пе­ре­хо­дят за­ря­жен­ные ча­сти­цы – ионы, и такой рас­твор спо­со­бен про­во­дить элек­три­че­ский ток.

Между ато­ма­ми неме­тал­лов об­ра­зу­ет­ся ко­ва­лент­ная связь. Ко­ва­лент­ная непо­ляр­ная связь об­ра­зу­ет­ся между ато­ма­ми од­но­го хи­ми­че­ско­го эле­мен­та. Ко­ва­лент­ная по­ляр­ная связь об­ра­зу­ет­ся между раз­лич­ны­ми ато­ма­ми неме­тал­лов. При об­ра­зо­ва­нии ко­ва­лент­ной по­ляр­ной связи общие элек­трон­ной пары сме­ща­ют­ся в сто­ро­ну наи­бо­лее элек­тро­от­ри­ца­тель­но­го эле­мен­та.

Под­ве­де­ние итога урока

Вы рас­смот­ре­ли мо­дель об­ра­зо­ва­ния ко­ва­лент­ной по­ляр­ной связи в мо­ле­ку­лах слож­ных ве­ществ. На сле­ду­ю­щем уроке вы узна­е­те, как из­ме­ня­ют­ся зна­че­ния от­но­си­тель­ной элек­тро­от­ри­ца­тель­но­сти эле­мен­тов в глав­ных под­груп­пах и пе­ри­о­дах.

Тема: Хи­ми­че­ская связь. Элек­тро­ли­ти­че­ская дис­со­ци­а­ция

Урок: Ион­ная связь

Валентность

Лишь немно­гие хи­ми­че­ские эле­мен­ты могут су­ще­ство­вать в ин­ди­ви­ду­аль­ном виде в виде газов. Эти эле­мен­ты на­зы­ва­ют­ся инерт­ны­ми га­за­ми. Осталь­ные хи­ми­че­ские эле­мен­ты будут вза­и­мо­дей­ство­вать друг с дру­гом или с дру­ги­ми ато­ма­ми, об­ра­зуя со­еди­не­ния. При­чи­ной об­ра­зо­ва­ния этих хи­ми­че­ских со­еди­не­ний яв­ля­ет­ся хи­ми­че­ская связь. Хи­ми­че­ская связь обу­слов­ле­на элек­тро­ста­ти­че­ским вза­и­мо­дей­стви­ем за­ря­жен­ных ча­стей атома: ядра и элек­трон­ной обо­лоч­ки. До­ка­за­но, что в об­ра­зо­ва­нии хи­ми­че­ской связи при­ни­ма­ют уча­стие элек­тро­ны внеш­ней элек­трон­ной обо­лоч­ки. Такие элек­тро­ны на­зы­ва­ют­ся ва­лент­ны­ми.

– Спо­соб­ность атома к об­ра­зо­ва­нию хи­ми­че­ской связи на­зы­ва­ет­ся ва­лент­но­стью.

Элек­тро­ны в ато­мах рас­по­ла­га­ют­ся на энер­ге­ти­че­ских уров­нях. Пол­но­стью за­пол­нен­ным энер­ге­ти­че­ским уров­нем об­ла­да­ют элек­тро­ны VIII-А груп­пы – бла­го­род­ные или инерт­ные газы. Учи­ты­вая хи­ми­че­скую пас­сив­ность инерт­ных газов и стро­е­ние ато­мов со­от­вет­ству­ю­щих эле­мен­тов, при­хо­дим к та­ко­му вы­во­ду: внеш­няя 8-элек­тро­на­ая обо­лоч­ка яв­ля­ет­ся для атома вы­год­ной и устой­чи­вой. Её часто на­зы­ва­ют элек­трон­ным ок­те­том. По­сколь­ку элек­трон­ная кон­фи­гу­ра­ция бла­го­род­но­го газа очень устой­чи­ва, (ns2np6) то до­стичь её стре­мят­ся атомы дру­гих эле­мен­тов. Сде­лать это они могут, отдав элек­тро­ны, при­няв или обоб­ще­ствив свои элек­тро­ны с элек­тро­на­ми дру­гих ато­мов.

Спо­со­бы об­ра­зо­ва­ния хи­ми­че­ской связи раз­лич­ны, по­это­му и вы­де­ля­ют несколь­ко типов хи­ми­че­ской связи:

– Ко­ва­лент­ная связь;

– Во­до­род­ная связь;

– Ме­тал­ли­че­ская связь;

– Ион­ная связь.

Каж­дый хи­ми­че­ский эле­мент об­ла­да­ет своей спо­соб­но­стью при­тя­ги­вать к себе внеш­ние, чужие элек­тро­ны.

Электроотрицательность

– Спо­соб­ность атома при­тя­ги­вать к себе элек­тро­ны на­зы­ва­ет­сяэлек­тро­от­ри­ца­тель­но­стью.

Рис. 1. Шкала По­лин­га

Элек­тро­от­ри­ца­тель­ность нель­зя вы­ра­зить в еди­ни­цах любых фи­зи­че­ских ве­ли­чин. По­это­му было раз­ра­бо­та­но несколь­ко шкал от­но­си­тель­ной элек­тро­от­ри­ца­тель­но­сти. Наи­боль­шее при­зна­ние по­лу­чи­ла шкала элек­тро­от­ри­ца­тель­но­сти, раз­ра­бо­тан­ная Л.К. По­лин­гом. Рис.1. Л.К. По­линг один из из­вест­ней­ших уче­ных XX- века. Он один из немно­гих, два­жды но­бе­лев­ский ла­у­ре­ат. В 1954 году ему была вру­че­на Но­бе­лев­ская пре­мия по химии с фор­му­ли­ров­кой « За изу­че­ние при­ро­ды хи­ми­че­ской связи и его при­ме­не­ния к струк­ту­ре слож­ных мо­ле­кул»

Чем мень­ше элек­тро­нов тре­бу­ет­ся атому для за­вер­ше­ния внеш­не­го элек­трон­но­го уров­ня, тем боль­шим зна­че­ни­ем элек­тро­от­ри­ца­тель­но­сти он об­ла­да­ет. На­при­мер, если срав­нить хлор и серу, то боль­шим зна­че­ни­ем элек­тро­от­ри­ца­тель­но­сти будет об­ла­дать хлор. Ему до до­сти­же­ния ок­те­та элек­тро­нов тре­бу­ет­ся всего 1 элек­трон, а атому серы – 2.Рис.2.

Рис. 2. Элек­трон­ная кон­фи­гу­ра­ция внеш­не­го слоя

В пе­ри­о­деэлек­тро­от­ри­ца­тель­ность будет воз­рас­татьслева на­пра­во.

Если же рас­смат­ри­вать эле­мен­ты одной груп­пы, ко­то­рые имеют на внеш­нем слое оди­на­ко­вое ко­ли­че­ство элек­тро­нов, то боль­шим зна­че­ни­ем элек­тро­от­ри­ца­тель­но­сти будет об­ла­дать тот эле­мент, у ко­то­ро­го мень­ше ра­ди­ус. Т.е. тот, ко­то­рый на­хо­дит­ся выше по груп­пе. Срав­ни­вая фтор и хлор можно с уве­рен­но­стью ска­зать, что фтор 9F …2s22p5об­ла­да­ет боль­шей элек­тро­от­ри­ца­тель­но­стью, чем хлор 17Cl…3s23p5 .

Фтор самый элек­тро­от­ри­ца­тель­ный эле­мент. Наи­мень­шим зна­че­ни­ем элек­тро­от­ри­ца­тель­но­сти об­ла­да­ют ще­лоч­ные ме­тал­лы.

Ионная связь

Ион­ная связь – это связь между ато­ма­ми резко от­ли­ча­ю­щи­ми­ся по элек­тро­от­ри­ца­тель­но­сти: у од­но­го она очень вы­со­кая, у дру­го­го – низ­кая. В этом слу­чае, атом с мень­шей элек­тро­от­ри­ца­тель­но­стью пол­но­стью от­да­ет свои ва­лент­ные элек­тро­ны атому с боль­шей элек­тро­от­ри­ца­тель­но­стью. Ион­ная связь об­ра­зу­ет­ся между ме­тал­ла­ми и неме­тал­ла­ми.

Такой тип связи в NaCl, CsBr, NH4Cl и др. При об­ра­зо­ва­нии ион­ной связи об­ра­зу­ют­ся за­ря­жен­ные ча­сти­цы: ионы.

Ка­ти­о­ны – по­ло­жи­тель­но за­ря­жен­ные ионы. Их об­ра­зу­ют атомы, в ко­то­рых мало ва­лент­ных элек­тро­нов и они слабо свя­за­ны с ядром. Это атомы ще­лоч­ных и ще­лоч­но­зе­мель­ных ме­тал­лов.

Ани­о­ны – от­ри­ца­тель­но за­ря­жен­ные ионы. Их легче всего об­ра­зу­ют га­ло­ге­ны. Эле­мен­ты глав­ной под­груп­пы 7 груп­пы. До за­вер­ше­ния ва­лент­но­го уров­ня им не хва­та­ет всего од­но­го элек­тро­на.

Схема об­ра­зо­ва­ния ион­ной связи на при­ме­ре хло­ри­да на­трия.

Атом на­трия, имеет на внеш­нем уровне всего один элек­трон. Он легко от­да­ет его, пре­вра­ща­ясь в ка­ти­он на­трия Na+.Атому хлора до ок­те­та элек­тро­нов не хва­та­ет од­но­го элек­тро­на. Он его за­би­ра­ет у атома на­трия, пре­вра­ща­ясь в анион хлора Cl-.

– Ион­ная связь воз­ни­ка­ет за счет сил элек­тро­ста­ти­че­ско­го при­тя­же­ния раз­но­имен­но за­ря­жен­ных ионов.

Физические свойства веществ с ионной связью

Рис. 3. Ион­ные со­еди­не­ния

Рис. 4. Кри­стал­ли­че­ская ре­шет­ка фто­ри­да каль­ция

Ве­ще­ства, об­ра­зо­ван­ные из ионов, на­зы­ва­ют­ся ион­ны­ми со­еди­не­ни­я­ми. Рис.3. Со­еди­не­ния, об­ра­зо­ван­ные ион­ной свя­зью при обыч­ных усло­ви­ях твёр­дые ве­ще­ства с вы­со­кой тем­пе­ра­ту­рой плав­ле­ния и ки­пе­ния. Это хруп­кие ве­ще­ства. Они об­ра­зу­ют ион­ную кри­стал­ли­че­кую ре­шет­ку. В узлах кри­стал­ли­че­ской ре­шет­ки на­хо­дят­ся ионы. На ри­сун­ках по­ка­за­ны кри­стал­ли­че­кие ре­шет­ки хло­ри­да на­трия и фто­ри­да каль­ция. Рис. 4,5.

Рис. 5. Кри­стал­ли­че­ская ре­шет­ка хло­ри­да на­трия

Таким об­ра­зом, можно сде­лать вывод, что со­еди­не­ния двух эле­мен­тов, рас­по­ло­жен­ных в про­ти­во­по­лож­ных кон­цах од­но­го (или раз­ных) пе­ри­о­дов, имеют пре­иму­ще­ствен­но ион­ный ха­рак­тер связи, но по мере сбли­же­ния эле­мен­тов в пре­де­лах пе­ри­о­да ион­ный ха­рак­тер их со­еди­не­ний умень­ша­ет­ся. В боль­шин­стве слу­ча­ев нель­зя ска­зать, что со­еди­не­ние яв­ля­ет­ся пол­но­стью (или чисто) ион­ным либо пол­но­стью (или чисто) ко­ва­лент­ным. Од­на­ко можно утвер­ждать, что неко­то­рые со­еди­не­ния яв­ля­ют­ся пре­иму­ще­ствен­но ион­ны­ми, а дру­гие со­еди­не­ния пре­иму­ще­ствен­но ко­ва­лент­ны­ми.

Хо­ро­ши­ми при­ме­ра­ми ион­ных со­еди­не­ний яв­ля­ют­ся хло­ри­ды и ок­си­ды. Хло­ри­ды и ок­си­ды эле­мен­тов, рас­по­ло­жен­ных в левой части пе­ри­о­ди­че­ской таб­ли­цы, как пра­ви­ло, имеют пре­иму­ще­ствен­но ион­ный ха­рак­тер.

Под­ве­де­ние итога урока.

На этом уроке вы узна­ли, что такое ион­ная связь. Вы по­вто­ри­ли, как об­ра­зу­ют­ся новые хи­ми­че­ские со­еди­не­ния, какие эле­мен­ты ни­ко­гда не вза­и­мо­дей­ству­ют друг с дру­гом. Рас­смот­ре­ли при­чи­ны об­ра­зо­ва­ния ион­ной связи, ко­то­рые про­ана­ли­зи­ро­ва­ли на кон­крет­ных при­ме­рах.

Тема: Хи­ми­че­ская связь. Элек­тро­ли­ти­че­ская дис­со­ци­а­ция

Урок: Схемы об­ра­зо­ва­ния ве­ществ с раз­лич­ным типом связиhttps://​interneturok.​ru/​ru/​school/​chemistry/​9-klass/​bhimicheskaya-svyaz-elektroliticheskaya-dissociaciyab/​kovalentnaya-svyaz