Текст учебника. Урок 4. Ионная химическая связь

Ионная химическая связь

Ключевые вопросы:

• Что такое ионы, катионы и анионы?

• Как образуется ионная химическая связь?

• Какое строение имеют ионные соединения?

• Какими свойствами обладают вещества с ионной связью?

1. Понятие об ионах. Катионы и анионы

Вы уже знаете, что атомы стремятся завершить свой внешний энергетический уровень, чтобы приобрести устойчивую конфигурацию атома благородного газа. Для этого они могут отдавать или принимать электроны.

Ион – это атом или группа атомов, обладающие положительным или отрицательным зарядом.

Процесс образования ионов из атомов можно записать с помощью электронных уравнений:

• Атом металла, имеющий на внешнем уровне 1-3 электрона, легко их отдаёт.

  • Например, атом натрия Na (№11, эл. конфигурация: 2ē, 8ē, 1ē) отдаёт один внешний электрон:
    Na⁰ - 1ē → Na⁺
    Заряд иона: +1. Электронная конфигурация иона Na⁺: 2ē, 8ē (как у устойчивого атома неона Ne).

• Атом неметалла, имеющий на внешнем уровне 4-7 электронов, стремится принять недостающие электроны.

  • Например, атом хлора Cl (№17, эл. конфигурация: 2ē, 8ē, **7ē) принимает один электрон:Cl⁰ + 1ē → Cl⁻Заряд иона: -1. Электронная конфигурация ионаCl⁻: 2ē, 8ē, 8ē (как у устойчивого атома аргонаAr`).

Катионы – это положительно заряженные ионы (например, Na⁺, Ca²⁺, Al³⁺). Они образуются из атомов металлов.

Анионы – это отрицательно заряженные ионы (например, Cl⁻, S²⁻, NO₃⁻). Они образуются из атомов неметаллов.

Запомните! Ионы – это заряженные частицы. Заряд иона показывает, сколько электронов отдал или принял атом для приобретения устойчивой электронной конфигурации.

2. Механизм образования ионной связи

Представьте, что встречаются атом натрия Na (сильный восстановитель, легко отдающий электрон) и атом хлора Cl (сильный окислитель, легко принимающий электрон). Между ними происходит реакция:

1. Атом натрия отдаёт свой внешний электрон атому хлора.

2. Образуются два разноимённо заряженных иона: катион Na⁺ и анион Cl⁻.

3. Эти ионы, обладая противоположными зарядами, начинают электростатически притягиваться друг к другу.

Ионная связь – это химическая связь, возникающая между ионами за счёт электростатического притяжения.

Такую связь называют также электровалентной.

Схема образования ионной связи в хлориде натрия (NaCl):

  Na⁰       +       Cl⁰        →        Na⁺        +        Cl⁻
(2ē,8ē,1ē)         (2ē,8ē,7ē)          (2ē,8ē)             (2ē,8ē,8ē)
  Atom             Atom                 Катион              Анион
                                 (ион натрия)         (ион хлора)

Связь между ионами Na⁺ и Cl⁻ является ионной.

Важно! Ионная связь образуется между атомами элементов с резко отличающейся электроотрицательностью (ΔЭО > 1.7 – 2.0), как правило, между типичными металлами (I и II групп) и типичными неметаллами (VI и VII групп).

3. Кристаллические решётки ионных соединений

Вещества с ионной связью, как правило, являются твёрдыми и имеют ионную кристаллическую решётку.

Ионная кристаллическая решётка – это упорядоченное расположение противоположно заряженных ионов в пространстве, связанных силами электростатического притяжения.

[МЕСТО ДЛЯ РИСУНКА или ФОТОГРАФИИ]

• Подпись: Кристаллическая решётка хлорида натрия (NaCl). Жёлтые шарики – ионы Na⁺, зелёные – ионы Cl⁻.

В такой решётке нельзя выделить отдельные молекулы. Весь кристалл (например, соли) можно рассматривать как одну гигантскую «молекулу», где каждый ион Na⁺ окружён шестью ионами Cl⁻, а каждый ион Cl⁻ – шестью ионами Na⁺.

Свойства веществ с ионной кристаллической решёткой:

1. Прочность и твёрдость.

2. Высокие температуры плавления и кипения (тугоплавкость).

3. Хрупкость (при ударе кристалл раскалывается, так как смещаются слои ионов и одноимённо заряженные частицы начинают отталкиваться).

4. Растворимость в полярных растворителях (например, в воде).

5. Электропроводность:

   • В твёрдом состоянии – не проводят ток (ионы прочно связаны и неподвижны).

   • В расплаве или растворе – проводят ток (ионы становятся подвижными).

4. Примеры веществ с ионной связью

1. Хлорид натрия (NaCl) – поваренная соль.

• Классический пример ионного соединения.

• Образуется между атомами натрия (металл, I группа) и хлора (неметалл, VII группа).

• Твёрдое, тугоплавкое, хорошо растворимое в воде вещество.

2. Оксид кальция (CaO) – негашёная известь.

• Образуется между атомами кальция (металл, II группа) и кислорода (неметалл, VI группа).

• Атом кальция отдаёт 2 электрона, а атом кислорода принимает их.

• Схема образования:

   

  Ca⁰ - 2ē → Ca²⁺  (катион)
  O⁰ + 2ē → O²⁻    (анион)
  Ионы Ca²⁺ и O²⁻ притягиваются, образуя вещество CaO.

К ионным соединениям также относятся многие другие соли (KBr, Na₂S), оксиды металлов (MgO, K₂O) и гидроксиды (NaOH, KOH).

Вопросы и задания для самоконтроля:

1. Дайте определения: ион, катион, анион, ионная связь.

2. Составьте схемы образования ионов: K⁺, Mg²⁺, S²⁻, Br⁻.

3. Опишите механизм образования ионной связи в хлориде калия (KCl). Составьте схему процесса.

4. Объясните, почему хлорид натрия плавится при очень высокой температуре (+801°C), а твёрдый оксид углерода (IV) – «сухой лёд» – возгоняется при -78°C.

5. Почему раствор хлорида натрия проводит электрический ток, а кристаллический – нет?

6. Определите, в каком из веществ: NaF, H₂O, O₂, CaCl₂ – химическая связь является ионной. Ответ обоснуйте.

Итоги урока:

• Ионная связь образуется между ионами за счёт электростатического притяжения.

• Она возникает между атомами типичных металлов и типичных неметаллов.

• Вещества с ионной связью образуют ионные кристаллические решётки, что обуславливает их высокие температуры плавления, твёрдость, хрупкость и способность проводить электрический ток в растворах и расплавах.