Jonu saite ķīmijā: definīcija, veidošanās un piemēri (NaCl)
Jonu saite: definīcija, veidošanās un NaCl piemērs — elektrostatiskie spēki, katjoni/anjoni un sāls kristāla struktūra skaidri un saprotami.
Jonu saite ir elektrostatiskā pievilkšanās starp pretēji lādētiem joniem, kas veidojas starp metāla un nemetāla atomiem, veidojot kristālrežģi. Šie spēki ir elektrostatiskie pievilkšanās spēki — pozitīvi lādēti katjoni pievelk negatīvi lādētus anjonus. Jonu saišu pamatā ir elektronu pārnese no metāla atoma uz nemetāla atomu: metāla atoms zaudē(-s) elektronus un kļūst par katjonu, bet nemetāla atoms iegūst(-s) elektronus un kļūst par anjonu.
Veidošanās un mehānisms
Elektronu pārnese notiek tā, lai atomi iegūtu stabilāku elektronkonfigurāciju (bieži — līdzīgu inertajām gāzēm). Elektronu skaits, kas tiek nodots, nav ierobežots ar trīs — tas atkarīgs no elementu ķīmiskajām īpašībām. Piemēram, nātrijs parasti zaudē vienu elektronu, kļūstot par Na +, magnijs var zaudēt divus elektronus (Mg 2+), bet alumīnijs trīs (Al 3+).
Tipisks piemērs ir nātrija un hlora savienojums: nātrijs (Na) atdod elektronam un oksidējas, veidojot Na +, bet hlors (Cl) pieņem šo elektronu un reducējas, veidojot Cl -. Pēc šo jonu veidošanās tie piesaista viens otru ar spēcīgiem elektrostatiskajiem spēkiem un kristalizējas par sāls struktūru (NaCl).
Īpašības, ko nosaka jonu saites
- Augsta kušanas un viršanas temperatūra: spēcīgas elektrostatiskās mijiedarbības prasa daudz enerģijas, lai izjauktu kristālrežģi.
- Kristāliska struktūra un trauslums: joniskas vielas veido regulāras, stingras režģstruktūras. Saspiežot kristālu, vienādlādēti slāņi var nonākt blakus — tie atgrūžas, kas izraisa lūšanu (trauslumu).
- Šķīdība: daudzas joniskas vielas labi šķīst polāros šķīdinātājos (piem., ūdenī), jo molekulas stabilizē atsevišķus jonus.
- Elektriskā vadītspēja: cietā stāvoklī joniskas vielas parasti nevada elektrību (joni ir fiksēti režģī), taču šķīdumos vai izkausētas tās vada strāvu, jo joni var brīvi kustēties.
- Saišu stiprums un režģa enerģija: jonu saišu stiprību ietekmē jonisko lādiņu lielums un jonu izmēri — lielāki lādiņi un mazāks jonu rādiuss parasti palielina režģa enerģiju un saites stiprumu.
NaCl (nātrija hlorīds) kā piemērs
Nātrija hlorīds (parastais galda sāls) ir klasisks joniskas saites piemērs. Reakcijas vienkāršs apraksts: Na atoms zaudē vienu elektronu (Na → Na + + e-), hlora molekula pieņem elektronu (Cl + e- → Cl -) un veidojas NaCl. Sākotnējā ķīmiskā reakcija var tikt raksturota kā 2 Na (s) + Cl2 (g) → 2 NaCl (s).
Kristālrežģa ziņā NaCl veido tā saukto "rock-salt" struktūru — fcc (sejas centrēta kubiska) anjonu vai katjonu izvietojumu, kur katrs Na + ir koordinēts ar sešiem Cl - (un otrādi) — t.i., koordinācijas skaitlis 6:6. Šī struktūra nodrošina regulārus kubiskus kristālus un raksturīgas griešanas (cleavage) plaknes.
NaCl praktiskas īpašības: tā ir cieta, kraukšķīga viela ar salīdzinoši augstu kušanas temperatūru (~801 °C), laba šķīstība ūdenī un tādēļ elektrovadītspēja nātrija un hlorīda jonu veidā šķīdumā vai izkusušā stāvoklī.
Atšķirība starp jonisku un kovalento saiti
Jonu saišu raksturs ir saistīts ar lielu elektronu piesaistes spēku atšķirību starp atomiem. Parasti, ja divu elementu elektronegativitātes atšķirība ir ievērojama (piemēram, lielāka par aptuveni 1,7 pēc Paulinga skalas), savienojums iegūst lielāku joniskā rakstura komponentu. Tomēr jāatzīmē, ka reālā ķīmija ir kontinuums — daudzi savienojumi ir daļēji joniski un daļēji kovalenti.
Bieži sastopami jonisku savienojumu piemēri
- NaCl (nātrija hlorīds)
- KBr (kālija bromīds)
- MgO (magnija oksīds) — ļoti jonisks, ar lielām pievilkšanās enerģijām
- CaCl2 (kalcija hlorīds)
Kopsavilkumā: jonu saite ir spēcīga elektrostatiskā mijiedarbība starp pretēji lādētiem joniem, veidojot kristālisku režģi ar specifiskām fizikālām īpašībām — augstu kušanas temperatūru, trauslumu un vadītspēju šķīdumā vai izkusušā stāvoklī. Joniskās saites stiprums ir atkarīgs no jonu lādiņiem un izmēriem, un elektroniskās konfigurācijas maiņa parasti notiek tā, lai atomi sasniegtu stabilāku (bieži - inertgāzu tipa) konfigurāciju.
Jonu saišu īpašības
- Trīsdimensiju jonu struktūra, ko sauc par milzu jonu kristālrežģa struktūru.
- Jonu savienojumi šķīst ūdenī, jo joni veido labvēlīgu mijiedarbību ar ūdens molekulām, kas atbrīvo pietiekami daudz enerģijas, lai atdalītos no režģa.
·
- Cietā stāvoklī tie nevadīs elektrību. Tomēr šķidrā stāvoklī vai izšķīdināti ūdenī tie labi vada elektrību, jo joni var brīvi kustēties un pārnest lādiņu.
- Tās ir pretstatā kovalento saišu īpašībām.
- Dažreiz, ja tiem nav rezerves valences elektronu, lai izveidotu pilnu apvalku, viens elektrons darbojas kā divi un griežas astoņskaitlī ap abiem atomiem.
- Jonu saites parasti ir daudz vājākas nekā kovalentās saites.
- Jonu savienojumiem ir augsta kušanas/vārīšanās temperatūra, jo tiem ir spēcīgi elektrostatiskie pievilkšanās spēki, kuru pārvarēšanai nepieciešams liels siltuma enerģijas daudzums.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir jonu saite?
A: Jonu saite ir elektrostatiskie pievilkšanās spēki starp nemetāla un metāla jonu milzu jonu kristālrežģī.
J: Kā rodas jonu saite?
A: Jonu saite rodas, kad uzlādēti atomi (joni) pievelkas. Tas notiek pēc tam, kad metāla atoms zaudē vienu vai vairākus elektronus nemetāla atomam.
J: Kas padara jonu saiti stiprāku?
A. Jo lielāka ir lādiņu atšķirība starp metāla un nemetāla jonu, jo stiprāka ir jonu saite.
J: Cik daudz elektronu var tikt nodoti jonu saites procesā?
A: Ionizācijas procesā var nodot ne vairāk kā trīs elektronus.
J: Kas notiek ar metāla atomu jonu saites laikā?
A: Metāla atoms kļūst par pozitīvu katjonu, jo tas zaudē elektronu(-us).
J: Kas notiek ar nemetāla atomu jonu saites laikā?
A: Nemetāla atoms kļūst par negatīvu anjonu, jo tas iegūst elektronu(-us).
J: Vai varat aprakstīt jonu saites piemēru?
A: Jonu saites piemērs ir nātrija un hlora savienošanās, veidojot parasto galda sāli NaCl. Vispirms nātrija atomi (Na) oksidējas un zaudē elektronu, veidojot pozitīvi uzlādētus nātrija jonus (Na+). Hlora atomi iegūst elektronus no nātrija atomiem, veidojot negatīvi uzlādētus hlorīda jonus (Cl-). Tagad abi joni ir pretēji lādēti, un tos satur spēcīgi elektrostatiskie pievilkšanās spēki.
Meklēt