IONTOVÁ VAZBA: VLASTNOSTI, JAK SE TVOŘÍ A PŘÍKLADY - CHEMIE - 2025

Iontová vazba je typ chemické vazby, ve které je elektrostatický přitažlivost mezi opačně nabitými ionty. To znamená, že kladně nabitý ion tvoří vazbu s záporně nabitým iontem, přenášející elektrony z jednoho atomu na druhý.

K tomuto typu chemické vazby dochází, když jsou valenční elektrony z jednoho atomu trvale přeneseny na jiný atom. Atom, který ztratí elektrony, se stane kationtem (kladně nabitý) a ten, který získá elektrony, se stane aniontem (záporně nabitý).

Příklad iontové vazby: fluorid sodný. Sodík ztrácí jeden valenční elektron a dává ho fluoru. Wdcf

Koncept iontové vazby

Iontová vazba je taková, pomocí které interagují elektricky nabité částice, nazývané ionty, za vzniku iontových pevných látek a kapalin. Tato vazba je výsledkem elektrostatických interakcí mezi stovkami milionů iontů a není omezena pouze na několik z nich; to znamená, že přesahuje přitažlivost mezi kladným nábojem a záporným nábojem.

Uvažujme například iontovou sloučeninu chlorid sodný, NaCl, lépe známý jako stolní sůl. V NaCl převládá iontová vazba, takže se skládá z iontů Na ⁺ a Cl ^-. Na ⁺ je pozitivní ion nebo kation, zatímco Cl ^- (chlorid) je negativní ion nebo anion.

Na + a Cl- ionty v chloridu sodném jsou drženy pohromadě iontovou vazbou. Zdroj: Eyal Bairey prostřednictvím Wikipedie.

Jak Na ^+, tak Cl ^- přitahují opačné elektrické náboje. Vzdálenosti mezi těmito ionty umožňují ostatním přibližovat se, takže se objevují páry a páry NaCl. Kationty Na ^{+ se} budou navzájem odpuzovat, protože mají stejné náboje, a totéž se stává spolu s Cl ^- anionty.

Nastává čas, kdy se miliony Na ⁺ a Cl ^- iontů dokáží sjednotit, sjednotit a vytvořit strukturu, která je co nejstabilnější; jeden se řídí iontovou vazbou (horní obrázek). Na ⁺ kationty jsou menší než Cl ^- anionty a to z důvodu zvýšení účinné nukleární síly jejich jádra na vnějších elektronů.

Iontová vazba NaCl. Rhannosh / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Iontová vazba je charakterizována vytvořením uspořádaných struktur, kde je vzdálenost mezi ionty (Na ⁺ a Cl ^- v případě NaCl) malá ve srovnání se vzdáleností ostatních pevných látek. Mluvíme tedy o iontové krystalické struktuře.

Jak vzniká iontová vazba?

Iontová vazba nastává pouze tehdy, když dochází k distribuci elektronů, takže vznikají náboje iontů. Tento typ vazby se nikdy nemůže vyskytnout mezi neutrálními částicemi. Musí nutně existovat kationty a anionty. Ale odkud pocházejí?

Iontová vazba ilustrace. a) Sodík má čistý záporný náboj. b) Sodík se vzdává elektronu chloru. Sodík zůstává s čistým kladným nábojem a chlor s čistým záporným nábojem, čímž vzniká iontová vazba. Tento typ vazby mezi miliony atomů Na a Cl dává fyzikální sůl. OpenStax College / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

Existuje mnoho cest, kterými ionty vznikají, ale v podstatě mnoho je založeno na oxidačně-redukční reakci. Většina anorganických iontových sloučenin sestává z kovového prvku spojeného s nekovovým prvkem (sloučeniny v bloku p periodické tabulky).

Kov musí oxidovat, ztratit elektrony, aby se stal kationtem. Na druhé straně je nekovový prvek redukován, získává tyto elektrony a stává se aniontem. Následující obrázek ilustruje tento bod pro tvorbu NaCl z atomů sodíku a chloru:

Vznik iontové vazby. Zdroj: Shafei na arabské Wikipedii / veřejné doméně

Na atom atomu daruje jeden ze svých valenčních elektronů Cl. Když dojde k této distribuci elektronů, vytvoří se ionty Na ⁺ a Cl ^-, které se okamžitě a elektrostaticky začnou přitahovat.

Proto se říká, že Na ⁺ a Cl ^- nesdílejí žádný pár elektronů, na rozdíl od toho, co by se dalo očekávat u hypotetické kovalentní vazby Na-Cl.

Vlastnosti iontové vazby

Iontová vazba je nesměrová, to znamená, že její síla není přítomna v jednom směru, ale spíše se šíří prostorem jako funkce vzdáleností, které oddělují ionty. Tato skutečnost je důležitá, protože to znamená, že ionty jsou silně vázány, což vysvětluje několik fyzikálních vlastností iontových pevných látek.

Bod tání

Iontová vazba je zodpovědná za to, že sůl taje při teplotě 801 ° C. Tato teplota je značně vysoká ve srovnání s body tání různých kovů.

Je to proto, že NaCl musí absorbovat dostatek tepla, aby jeho ionty mohly volně vytékat z krystalů; to znamená, že atrakce mezi Na ⁺ a Cl ^- musí být překonány.

Bod varu

Teploty tání a teploty varu iontových sloučenin jsou zvláště vysoké kvůli jejich silným elektrostatickým interakcím: jejich iontové vazbě. Protože však tato vazba zahrnuje mnoho iontů, je toto chování obvykle připisováno spíše intermolekulárním silám a ne řádně iontovým vazbám.

V případě soli se po roztavení NaCl získá kapalina složená ze stejných výchozích iontů; teprve teď se pohybují volněji. Iontová vazba je stále přítomna. Na ⁺ a Cl ^- ionty se setkávají na povrchu kapaliny a vytvářejí vysoké povrchové napětí, které zabraňuje únikům iontů do plynné fáze.

Proto musí roztavená sůl zvýšit její teplotu ještě více, aby se vařila. Teplota varu NaCl je 1465 ° C. Při této teplotě teplo překračuje přitažlivost mezi Na ⁺ a Cl ^- v kapalině, takže páry NaCl se začínají tvořit s atmosférickým tlakem.

Elektronegativita

Dříve bylo řečeno, že iontová vazba je vytvořena mezi kovovým prvkem a nekovovým prvkem. V krátkosti: mezi kovem a nekovem. Toto je běžně, pokud jde o anorganické iontové sloučeniny; zejména ty binárního typu, jako je NaCl.

Aby došlo k rozdělení elektronů (Na ⁺ Cl ^-) a nikoli ke sdílení (Na-Cl), musí existovat velký rozdíl v elektronegativitě mezi dvěma atomy. Jinak by mezi nimi nebyla iontová vazba. Pravděpodobně se Na a Cl přiblíží, interagují, ale okamžitě Cl, díky své vyšší elektronegativitě „vezme“ elektron z Na.

Tento scénář se však vztahuje pouze na binární sloučeniny, MX, například NaCl. Pro jiné soli nebo iontové sloučeniny jsou jejich procesy tvorby komplikovanější a nelze k nim přistupovat z čistě atomové nebo molekulární perspektivy.

Typy

Neexistují žádné odlišné typy iontových vazeb, protože elektrostatický jev je čistě fyzický, mění pouze způsob interakce iontů nebo počet atomů, které mají; to znamená, pokud jsou to monatomické nebo polyatomické ionty. Podobně každý prvek nebo sloučenina vytváří charakteristický ion, který definuje povahu sloučeniny.

V sekci příkladů se budeme zabývat tímto bodem a uvidíme, že iontová vazba je ve všech sloučeninách v podstatě stejná. Pokud to není splněno, říká se, že iontová vazba má určitý kovalentní charakter, což je případ mnoha solí přechodných kovů, kde anionty koordinují s kationty; například, FeCl ₃ (Fe ³⁺ Cl ^-).

Příklady iontových vazeb

Níže bude uvedeno několik iontových sloučenin a jejich ionty a poměry budou zvýrazněny:

- Chlorid hořečnatý

MgCI ₂, (Mg ²⁺ Cl ^-), v poměru 1: 2 (Mg ²⁺: 2 Cl ^-)

- Fluorid draselný

KF, (K ⁺ F ^-), v poměru 1: 1 (K ⁺: F ^-)

- Sirník sodný

Na ₂ S, (Na ⁺ S ^2-), v poměru 2: 1 (2Na ⁺: S ^2-)

- Lithoxid

LiOH, (Li ⁺ OH ^-), v poměru 1: 1 (Li ⁺: OH ^-)

- Fluorid vápenatý

CaF ₂, (Ca ²⁺ F ^-), v poměru 1: 2 (Ca ²⁺: 2 F ^-)

- Uhličitan sodný

Na ₂ CO ₃, (Na ⁺ CO ₃ ²), v poměru 2: 1 (2Na ⁺: CO ₃ ²)

- Uhličitan vápenatý

CaCO ₃ (Ca ²⁺ CO ₃ ^2-), v poměru 1: 1 (Ca ²⁺: CO ₃ ²)

- Manganistan draselný

KMnO ₄, (K ⁺ MnO ₄ ^-), v poměru 1: 1 (K ⁺: MnO ₄ ^-)

- Síran měďnatý

CuSO ₄, (Cu ²⁺ SO ₄ ²), v poměru 1: 1 (Cu ²⁺: SO ₄ ²)

- Hydroxid barnatý

Ba (OH) ₂, (Ba ²⁺ OH ^-), v poměru 1: 2 (Ba2 ⁺: OH ^-)

- Bromid hlinitý

AlBr ₃, (Al ³⁺ Br ^-), v poměru 1: 3 (Al ³⁺: 3Br ^-)

- Oxid železitý

Fe ₂ O ₃, (Fe ³⁺ O ^2-), v poměru 2: 3 (2 Fe ³⁺: 3 O ^2-)

- Oxid strontnatý

SrO, (Sr ²⁺ O ^2-), v poměru 1: 1 (Sr ²⁺: O ^2-)

- Chlorid stříbrný

AgCl, (Ag ⁺ Cl ^-), v poměru 1: 1 (Ag ⁺: Cl ^-)

- Ostatní

CH ₃ COONa, (CH ₃ COONa ⁺), v poměru 1: 1 (CH ₃ COO ^-: Na ⁺)

- NH ₄ I, (NH ₄ ⁺ I ^-), v poměru 1: 1 (NH ₄ ⁺: I ^-)

Každá z těchto sloučenin má iontovou vazbu, kde miliony iontů, odpovídající jejich chemickým vzorcům, jsou elektrostaticky přitahovány a tvoří pevnou látku. Čím větší je velikost jeho iontových nábojů, tím silnější jsou elektrostatické atrakce a odpuzování.

Proto má iontová vazba tendenci být silnější, čím větší jsou náboje na iontech, které tvoří sloučeninu.

Řešená cvičení

Zde je několik cvičení, které uvádějí do praxe základní znalosti iontových vazeb.

- Cvičení 1

Která z následujících sloučenin je iontová? Možnosti jsou následující: HF, H ₂ O, NaH, H ₂ S, NH _3, a MgO.

Iontová sloučenina musí mít podle definice iontovou vazbu. Čím větší je rozdíl elektronegativity mezi jeho základními prvky, tím větší je iontový charakter uvedené vazby.

Z tohoto důvodu možnosti, které nemají kovový prvek je vyloučeno v zásadě: HF, H ₂ O, H ₂ S a NH ₃. Všechny tyto sloučeniny jsou tvořeny pouze nekovovými prvky. Kation NH ₄ ⁺ je výjimkou z tohoto pravidla, protože neobsahuje žádné kovy.

Zbývající možnosti jsou NaH a MgO, které mají kovy Na a Mg, respektive, připojené k nekovovým prvkům. NaH (Na ⁺ H ^-) a MgO (Mg2 ⁺ O ^2-) jsou iontové sloučeniny.

- Cvičení 2

Uvažujme následující hypotetickou sloučeninu: Ag (NH ₄) ₂ CO ₃ I. Jaké jsou jeho ionty a v jakém poměru se nacházejí v pevné látce?

Rozkladem sloučeniny do jeho ionty máme: Ag ⁺, NH ₄ ⁺, CO ₃ ^2- a I ^-. Ty jsou spojeny elektrostaticky následující poměru 1: 2: 1: 1 (Ag ⁺: 2NH ₄ ⁺: CO ₃ ²: I ^-). To znamená, že množství NH ₄ ⁺ kationtů je dvakrát vyšší než Ag ⁺, CO ₃ ² a I ^- iontů.

- Cvičení 3

KBr se skládá z iontů K ⁺ a Br ^- s velikostí náboje. Potom CaS má ionty Ca ²⁺ a S ^2-, s náboji dvojnásobné velikosti, takže by se mohlo domnívat, že iontová vazba v CaS je silnější než v KBr; a také silnější než Na ₂ SO ₄, protože ten se skládá z Na ⁺ a SO ₄ ^2- ionty.

Jak CaS, tak CuO mohou mít stejně silnou iontovou vazbu, protože oba obsahují ionty s dvojnásobným nábojem. Dále máme AlPO ₄, s Al ³⁺ a PO ₄ ^3- ionty. Tyto ionty mají trojnásobné náboje, takže iontová vazba v AlPO ₄ by měla být silnější než ve všech předchozích možnostech.

A konečně máme vítěze Pb ₃ P ₄, protože pokud předpokládáme, že se skládá z iontů, stanou se Pb ⁴⁺ a P ^3-. Jejich náboje mají nejvyšší velikosti; a proto, Pb ₃ P ₄ je sloučenina, která pravděpodobně má nejsilnější iontovou vazbu.

Reference

1. Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). Chemie (8. ed.). CENGAGE Učení.
2. Shiver & Atkins. (2008). Anorganická chemie. (Čtvrté vydání). Mc Graw Hill.
3. Wikipedia. (2020). Iontové lepení. Obnoveno z: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11. února 2020). Ionic vs Covalent Bonds - Pochopte Rozdíl. Obnoveno z: thinkco.com
5. Editors of Encyclopaedia Britannica. (31. ledna 2020). Iontová vazba. Encyclopædia Britannica. Obnoveno z: britannica.com
6. Chemicool Dictionary. (2017). Definice iontového vázání. Obnoveno z: chemicool.com