Bedste svar
Ionisk binding er den komplette overførsel af valenselektron (er) mellem atomer. Det er en type kemisk binding, der genererer to modsat ladede ioner. I ionbindinger mister metallet elektroner for at blive en positivt ladet kation, hvorimod det ikke-metal accepterer disse elektroner for at blive en negativt ladet anion.
Egenskaber for ionbinding:
~ ionbinding resulterer i dannelsen af krystallinske ioniske faste stoffer, der er sammensat af ioner.
~ Ioniske faste stoffer har høje smelte- og kogepunkter.
~ Ioniske forbindelser er god lederelektricitet, når de smeltes eller i deres opløsninger på grund af tilstedeværelsen af ioner.
~ De er opløselige i vand eller andet polært opløsningsmiddel, men uopløseligt i ikke-polært opløsningsmiddel.
~ Ioniske bindinger er af polær art.
~ Ioniske bindinger dannes mellem metaller og ikke-metaller som NaCl, KBr osv.
~ I modsætning til kovalente forbindelser findes ioniske forbindelser i fast tilstand.
Svar
En ionbinding defineres som en binding, der er tilstrækkelig skæv, at et sæt atomer har alle elektronerne doneret til dem af et andet sæt atomer. Der er dog ikke sådan noget som en rent ionbinding! Selv krystaller lavet af ioner har delvis kovalent karakter i bindingerne eller vekselvirkningerne mellem atomer, der udgør krystallerne . Traditionelt vises en ionbinding, når forskellen mellem elektronegativitet af de interagerende atomer er større end 1,7 Paulings. Kovalente bindinger indeholdende atomer, hvis elektronegativiteter adskiller sig med 1.0 Paulings anses for at være være polære kovalente bindinger. Således kan ionbindinger have og har delvis polær kovalent karakter. I bindinger mellem atomer med ringe eller ingen forskel i elektronegativitet anses bindingen for at være kovalent, men ikke-polær.
Mange faktorer kan ændre den bindende ionbindingskarakter. At flytte atomer tæt sammen kan øge den kovalente bindingskarakter og ændre hybridiseringen af orbitaler, der bruges til at danne den binding. Placering af atomerne længere fra hinanden adskiller dem som forskellige ioner eller fragmenter med stærkt reduceret kovalent bindingskarakter. Miljøet omkring et atom kan også påvirke bindingsegenskaberne for atomer, der er knyttet til det. Atomer opløst i opløsningsmidler interagerer med opløsningsmiddelmolekyler og vil have forskellig bindingskarakter sammenlignet med dem i gas- eller plasmatilstand.
Elektrontæthed er en almindelig måde at genkende mulige ionbindinger på, da ionbindinger har tendens til at være rundstrålende (hvilket gør dem gode til krystalstrukturer) og har et sfærisk udseende. Når vi bestemmer elektrondensiteten via beregningskemi eller røntgenkrystallografi, ser vi på ved en specifik koncentration af elektroner, der omgiver atomerne eller molekylet. Dette kaldes en isosurface, hvor mængden af elektroner en isovalue. Isovalues defineres, idet enheden er elektroner pr. kubik angstrom. Ændring af isovalue giver os overflader, der ser anderledes ud for det samme system. Lavere isovalues repræsenterer lave koncentrationer af elektroner og har tendens til at være længere væk fra atomerne, mens høje isovalues beskriver høje koncentrationer af elektroner, der er tæt på atomerne. Hvis vi skulle bruge lave isovaluer på nogle molekyler, krystaller og systemer, de vil ligne kovalente bindingssystemer, selvom de indeholder atomer med store forskelle i elektronegativitet. For at illustrere dette punkt tager vi GeF4, som indeholder germanium og fluor. I Pauling-skalaen for elektronegativitet har Ge en værdi på 2,01 Paulings, mens fluor har 3,98 Paulings. Dette skulle give os en forskel på 1,87 Paulings, nok til at skabe ioniske bindinger mellem disse atomer.
GeF4 er et tetraedralt molekyle med Ge-F-bindinger, der måler 1.644 Ångstrøm. Det er den “ioniske” analog af metan, CH4, og vi finder nogle overraskelser, når vi ser på dens elektrontæthed (beregnet med densitetsfunktionel teori på Becke-3-Lee-Yang-Parr-niveau) nedenfor.
Sådan ser dens elektrontæthed ud med en isvalue på 0,08 elektroner pr. kubisk angstrøm. Det ser næsten ionisk ud, men har stadig signifikant overlapning mellem de enkelte atomer. Vi får også polære kovalente bindingsudseende, når vi prøver lavere isværdier til beregningen af elektrondensitet nedenfor .
Medium elektrondensitet ved 0,01 elektroner pr. kubik angstrøm. Det ligner stadig et typisk polært kovalent molekyle, meget mere som CF4 eller CCl4.
Lav elektrondensitet ved 0,002 elektroner pr. kubisk angstrøm. Læg mærke til, at faldende isvalue af elektroner pr. kubisk angstrøm giver en større overflade. Sådanne overflader ser ud til kovalente bindinger, selv i ioniske materialer eller faste stoffer. GeF4 opfører sig således ikke rent som en ionforbindelse, da dens elektrontæthed ligner dem af polære kovalente forbindelser.
Natriumchlorid er en anden historie, når vi ser på dens elektrontæthed. Sodium har en elektronegativitetsværdi på 0,93 Paulings, mens klor har en værdi på 3,16 Paulings. Dette giver os en forskel på 2,23 Paulings, mere end nok til at opfylde det traditionelle definition for ionbinding. Vi kan let undersøge bindingen i denne forbindelse ved at se på et NaCl-molekyle, der repræsenterer to atomer ud af milliarder eller mere i en typisk saltkrystal. Den høje isovalente elektrondensitetsoverflade af et NaCl-molekyle er under.
Bemærk den sfæriske form af elektrondensiteten omkring disse to atomer (Na er på højre side, Cl er i venstre side)? Det er et fremtrædende træk ved ionbinding! De to atomer er 2.372 ångstrøm fra hinanden, hvilket giver dem rigelig afstand til at udvikle ionbinding. Men hvis vi formindsker den isovalue, der bruges til at opnå NaCl-molekylets elektrondensitetsoverflade, begynder vi at få det kovalente bindingsudseende, når koncentrationen af elektroner falder, og vi går længere væk fra atomerne. De mellemstore og lave isovalue overflader til NaCl er vist nedenfor:
Medium elektrondensitet, der allerede viser træk ved polær kovalent binding. Na er til venstre, og Cl er det rigtige atom her.
Lav elektrondensitetsoverflade, der viser mere af en polær kovalent binding end den ioniske binding, vi så tidligere. Det er muligt, at alle ioniske materialer har en særlig isvalue af elektrondensitet, hvor den ioniske binding og kovalente binding begynder at sløre sammen. Denne isovalue producerer overflader med elektrondensitet fra separate atomer, der næppe berører hinanden, og det er meget følsomt over for afstand, antal koordinerende atomer, miljømæssige effekter og endda isotopsubstitution.
Et andet problem med den “rene ionbinding” er, at nogle rent homonukleare bindinger faktisk kan se ioniske ud! Disse bindinger er lavet af identiske atomer uden nogen elektronegativitetsforskel for at polarisere nogen af de atomer. Dinatrium, Na2, er et sådant eksempel. I et plasma eller en natriumgas kan molekylformer af dette metal eksistere eller overleve, og det har en afstand på 3,086 Ångstrøm mellem de to natriumatomer. Hvis vi ser på overfladen med høj elektrondensitet for dette molekyle, finder vi sfærisk fordeling omkring atomerne!
Uden at vide, at dette er en homonuklear binding, ville vi have gættet, at dette var en ionbinding. Når vi reducerer isværdien for elektrondensitet i dinatrium, finder vi sløring af ionisk og kovalent bindingsadfærd, ligesom vi gjorde med de molekylære NaCl-arter nedenfor.
Her giver de sfæriske former plads til en mere kovalent binding elektronfordeling. Vi ser mere af den kovalente binding, når vi yderligere reducerer den elektronkoncentration, der undersøges omkring atomerne.
Således kan vi ikke helt eliminere kovalent binding i nogen samling af atomer. Det kommer til at være der, uanset hvor skævt elektronerne skal deles mellem atomerne. Isovalue overflader er et bevis på, at der ikke findes nogen rene ionbindinger. En ionbinding er altid delvist kovalent. Dette fund gælder også for koordinatbindinger, som de mellem bor og nitrogen i boranamin-komplekser. Molekylet, BH3NH3, er en god model til at undersøge BN-binding, som traditionelt betragtes som en dativbinding. Nitrogenatomet giver boreatomet to elektroner og ændrer de formelle ladninger blandt bor- og nitrogenatomer. Når vi ser på dette komplekss elektrontæthed, finder vi, at BN-bindingen er forskellig i forhold til BH- og NH-bindingerne, da forskellen mellem elektronegativitet mellem B (2.04 Paulings) og N (3.04 Paulings) er større end B vs. H og N vs. H. BN-bindingen har en forskel på 1 Pauling, så det er betragtes som en polær kovalent binding.
Dativbindingen har fået den polære kovalente binding til at se næsten ionisk ud i denne høje isovalue overflade, men den korte afstand mellem B- og N-atomerne (1.842 ångstrøm) gør perfekte sfæriske fordelinger af elektroner vanskelige at opnå. Lavere isovalues giver os et bedre overblik over den polære kovalente binding.
Ved denne isvalue er vi ikke i stand til let at skelne mellem BH3NH3 fra ethan, C2H6, hvis elektrondensitetsoverflade er under. Ethan har en CC-binding, der er 1.512 ångstrøm, og anses ikke for at have stærke polære bindinger.
Med alt taget i betragtning er det vigtige at forstå, at ingen enkelt obligationstype dominerer fuldstændigt. En binding kan være ionisk, kovalent, metallisk og polær på én gang!