Introductory Chemistry

Przykład 2: Formation of Ions

Magnez i azot reagują tworząc związek jonowy. Przewidzieć, który tworzy anion, który tworzy kation, i ładunki każdego jonu. Napisz symbol każdego jonu i nazwij je.

Natura sił przyciągania, które utrzymują atomy lub jony razem w związku jest podstawą klasyfikacji wiązania chemicznego. Kiedy elektrony są przenoszone i tworzą się jony, powstają wiązania jonowe. Wiązania jonowe to elektrostatyczne siły przyciągania, czyli siły przyciągania występujące pomiędzy obiektami o przeciwnym ładunku elektrycznym (w tym przypadku kationami i anionami). Gdy elektrony są „dzielone” i tworzą się cząsteczki, powstają wiązania kowalencyjne. Wiązania kowalencyjne to siły przyciągania pomiędzy dodatnio naładowanymi jądrami połączonych atomów i jedną lub kilkoma parami elektronów, które znajdują się pomiędzy atomami. Związki są klasyfikowane jako jonowe lub cząsteczkowe (kowalencyjne) na podstawie wiązań obecnych w nich.

Związki jonowe

Gdy element składający się z atomów, które łatwo tracą elektrony (metal) reaguje z elementem składającym się z atomów, które łatwo zyskują elektrony (niemetal), przeniesienie elektronów zwykle występuje, tworząc jony. Związek powstały w wyniku tego przeniesienia jest stabilizowany przez elektrostatyczne przyciąganie (wiązania jonowe) pomiędzy jonami o przeciwnych ładunkach obecnych w związku. Na przykład, gdy każdy atom sodu w próbce metalu sodowego (grupa 1) oddaje jeden elektron tworząc kation sodu, Na+, a każdy atom chloru w próbce gazu chlorkowego (grupa 17) przyjmuje jeden elektron tworząc anion chlorkowy, Cl-, otrzymany związek, NaCl, składa się z jonów sodu i jonów chlorkowych w stosunku jeden jon Na+ na każdy jon Cl-. Podobnie, każdy atom wapnia (grupa 2) może oddać dwa elektrony i przenieść jeden do każdego z dwóch atomów chloru, tworząc CaCl2, który składa się z jonów Ca2+ i Cl- w stosunku jeden jon Ca2+ do dwóch jonów Cl-.

Związek, który zawiera jony i jest utrzymywany razem przez wiązania jonowe nazywa się związkiem jonowym. Układ okresowy może nam pomóc rozpoznać wiele związków, które są jonowe: Kiedy metal jest połączony z jednym lub więcej niemetalami, związek jest zwykle jonowy. Ta wskazówka sprawdza się dobrze w przewidywaniu tworzenia związków jonowych dla większości związków typowo spotykanych w kursie wprowadzającym do chemii. Jednakże, nie zawsze jest to prawda (na przykład, chlorek glinu, AlCl3, nie jest jonowy).

Często można rozpoznać związki jonowe ze względu na ich właściwości. Związki jonowe są ciałami stałymi, które zazwyczaj topią się w wysokich temperaturach i gotują się w jeszcze wyższych temperaturach. Na przykład, chlorek sodu topi się w temperaturze 801 °C i wrze w temperaturze 1413 °C. (Dla porównania, związek molekularny wody topi się w temperaturze 0 °C i wrze w temperaturze 100 °C). W postaci stałej, związek jonowy nie jest przewodnikiem elektrycznym, ponieważ jego jony nie są w stanie przepływać („elektryczność” to przepływ naładowanych cząstek). Kiedy jednak jest stopiony, może przewodzić prąd elektryczny, ponieważ jego jony są w stanie swobodnie poruszać się w cieczy (rysunek 3).

Rysunek 3. Chlorek sodu topi się w temperaturze 801 °C i w stanie stopionym przewodzi prąd elektryczny. (kredyt: modyfikacja pracy Marka Blasera i Matta Evansa)

Związki molekularne

Wiele związków nie zawiera jonów, ale zamiast tego składa się wyłącznie z dyskretnych, neutralnych cząsteczek. Te związki molekularne (związki kowalencyjne) wynikają, gdy atomy dzielą się, a nie przenoszą (zyskują lub tracą), elektrony. Wiązanie kowalencyjne jest ważnym i obszernym pojęciem w chemii i będzie ono omówione bardzo szczegółowo w innym rozdziale tego tekstu. Często możemy zidentyfikować związki molekularne na podstawie ich właściwości fizycznych. W normalnych warunkach związki molekularne często istnieją jako gazy, ciecze o niskiej temperaturze wrzenia i ciała stałe o niskiej temperaturze topnienia, chociaż istnieje wiele ważnych wyjątków.

Gdy związki jonowe są zwykle tworzone, gdy metal i niemetal łączą się, związki kowalencyjne są zwykle tworzone przez połączenie niemetali. Tak więc, układ okresowy może pomóc nam rozpoznać wiele związków, które są kowalencyjne. Podczas gdy możemy użyć pozycji elementów związku w układzie okresowym, aby przewidzieć, czy jest on jonowy czy kowalencyjny na tym etapie naszej nauki chemii, należy pamiętać, że jest to bardzo uproszczone podejście, które nie uwzględnia wielu interesujących wyjątków. Odcienie szarości istnieją pomiędzy związkami jonowymi i molekularnymi, i dowiesz się więcej o nich później.

.