Paras vastaus
Ionisidos on valenssielektronin (atomien) täydellinen siirtyminen atomien välillä. Se on eräänlainen kemiallinen sidos, joka tuottaa kaksi vastakkaisesti varautunutta ionia. Ionisidoksissa metalli menettää elektroneja positiivisesti varautuneeksi kationiksi, kun taas ei-metalli hyväksyy nämä elektronit negatiivisesti varautuneeksi anioniksi.
Ionisidoksen ominaisuudet:
~ Ionisidos Tuloksena on kiteisten ionisten kiintoaineiden muodostuminen, jotka koostuvat ioneista.
~ Ionisten kiintoaineiden sulamis- ja kiehumispisteet ovat korkeat.
~ Ioniset yhdisteet ovat hyviä johtinsähköjä sulatettaessa tai liuoksissaan. johtuen ionien läsnäolosta.
~ Ne liukenevat veteen tai muuhun polaariseen liuottimeen, mutta eivät liukene ei-polaariseen liuottimeen.
~ Ionisidokset ovat luonteeltaan polaarisia.
~ Ionisidoksia muodostuu metallien ja ei-metallien, kuten NaCl, KBr jne., välillä.
~ Toisin kuin kovalenttiset yhdisteet, ionisia yhdisteitä on kiinteässä tilassa.
Vastaus
Ionisidokseksi määritellään sidos, joka on riittävän vino, että yhdellä atomiryhmällä kaikki elektronit ovat lahjoittaneet toisen atomien joukon. Pelkästään ionisidosta ei kuitenkaan ole olemassa! Jopa ioneista valmistetuilla kiteillä on osittainen kovalenttinen luonne kiteiden muodostavien atomien välisissä sidoksissa tai vuorovaikutuksessa. . Perinteisesti ionisidos ilmestyy, kun vuorovaikutuksessa olevien atomien elektronegatiivisuuden ero on suurempi kuin 1,7 Paulingia. Kovalenttisten sidosten, jotka sisältävät atomeja, joiden elektronegatiivisuudet eroavat 1,0 Paulingsin, katsotaan olevan olla polaarisia kovalenttisia sidoksia. Täten ionisidoksilla voi olla osittainen polaarinen kovalenttinen luonne. Atomien välisissä sidoksissa, joissa on vähän tai ei lainkaan elektronegatiivisuuseroa, sidoksen katsotaan olevan kovalenttinen, mutta ei-polaarinen.
Monet tekijät voivat muuttaa sidoksen ionisidossuhteen luonnetta. Atomien liikkuminen lähellä toisiaan voi lisätä kovalenttisen sidoksen luonnetta ja muuttaa sidoksen muodostamiseksi käytettyjen orbitaalien hybridisaatiota. Atomien sijoittaminen kauemmas toisistaan erottaa ne erillisinä ioneina. tai fragmentteja, joilla on huomattavasti vähentynyt kovalenttisen sidoksen luonne. Atomia ympäröivä ympäristö voi myös vaikuttaa siihen kiinnittyneiden atomien sitoutumisominaisuuksiin. Liuottimiin liuenneet atomit ovat vuorovaikutuksessa liuotinmolekyylien kanssa, ja niillä on erilainen sitoutumisominaisuus verrattuna kaasu- tai plasmatilaan.
Elektronitiheys on yleinen tapa tunnistaa mahdolliset ionisidokset, koska ionisidokset ovat yleensä monisuuntaisia (mikä tekee niistä suuria kiderakenteille) ja niillä on pallomainen ulkonäkö. Kun määritämme elektronitiheyden laskennallisen kemian tai röntgenkristallografian avulla, etsimme tietyllä atomien tai molekyylin ympärillä olevien elektronien pitoisuudella. Tätä kutsutaan isopinnaksi, elektronien määrän ollessa isovalentti. Isovalentit määritellään siten, että yksikkö on elektroneja kuutiometriä kohti. Isovalueen muuttaminen antaa meille pintoja, jotka näyttävät erilaisilta samalle järjestelmälle. Alemmat isovaluutit edustavat pieniä elektronipitoisuuksia ja ovat yleensä kauempana atomista, kun taas korkeat isovalentit kuvaavat korkeita elektronipitoisuuksia, jotka ovat lähellä atomeja. Jos meidän oli käytettävä alhaisia isovaluja joissakin molekyyleissä, kiteissä ja systeemeissä, ne näyttävät kovalenttisilta sidosjärjestelmiltä, vaikka ne sisältäisivätkin atomia, joilla on suuria elektronegatiivisuuden eroja. Tämän kohdan havainnollistamiseksi otamme GeF4: n, joka sisältää germaniumia ja fluoria. Elektroninegatiivisuuden Pauling-asteikolla Ge: llä on arvo 2,01 Paulingia, kun taas fluorilla on 3,98 Paulingia. Tämän pitäisi antaa meille 1,87 Paulingsin ero, joka riittää luomaan ionisidoksia näiden atomien välille.
GeF4 on tetraedrinen molekyyli, jonka Ge-F-sidokset ovat 1,644 angströmiä pitkiä. Se on metaanin ”ioninen” analogi, CH4, ja löydämme joitain yllätyksiä, kun tarkastelemme sen elektronitiheyttä (laskettuna tiheysfunktionaaliteorian avulla Becke-3-Lee-Yang-Parrin tasolla) alla. Se näyttää melkein ioniselta, mutta siinä on kuitenkin huomattavaa päällekkäisyyttä yksittäisten atomien välillä. Saamme myös polaarisia kovalenttisia sidoksia, kun yritämme pienempiä isovaaaleja elektronitiheyslaskelmissa, alla .
Keskimääräinen elektronitiheys, 0,01 elektronia kuutio-angströmiä kohden. Se näyttää silti melko tyypilliseltä polaariselta kovalenttimolekyyliltä, paljon enemmän kuin CF4 tai CCl4.
Pieni elektronitiheys, 0,002 elektronia / kuutio-angströmi. Huomaa, että elektronien isovaluutan pienentäminen kuutio-angstromia kohti tuottaa suuremman pinnan. Tällaiset pinnat antavat kovalenttisten sidosten vaikutelman edes ionimateriaaleissa tai kiinteissä aineissa. Siten GeF4 ei käyttäydy puhtaasti ionisena yhdisteenä, koska sen elektronitiheys näyttää paljolti polaaristen kovalenttisten yhdisteiden vastaavalta.
Natriumkloridi on erilainen tarina, kun tarkastelemme sen elektronitiheyttä. Natriumin elektronegatiivisuusarvo on 0,93 Paulingia, kun taas kloorilla on 3,16 Paulingsia. Tämä antaa meille eron 2,23 Paulings, enemmän kuin tarpeeksi perinteisen täyttämiseksi. ionisidoksen määritelmä. Voimme helposti tutkia tämän yhdisteen sitoutumista katsomalla NaCl-molekyyliä, joka edustaa kahta atomia miljardeista tai enemmän tyypillisessä suolakiteessä. NaCl-molekyylin korkea isovaluuttinen elektronitiheyspinta on alapuolella.
Huomaa elektronitiheyden pallomainen muoto näiden kahden atomin ympärillä (Na on oikealla puolella, Cl vasemmalla puolella)? Se on merkittävä piirre ionisidokselle! Kaksi atomia ovat 2,372 angströmiä toisistaan, mikä antaa niille runsaasti etäisyyksiä ionisidoksen kehittämiseksi. Jos kuitenkin pienennämme NaCl-molekyylin elektronitiheyden pinnan saamiseen käytettyä isovalintaa, alkamme saada kovalenttisen sidoksen ulkonäön, kun elektronien pitoisuus pienenee ja siirrymme kauemmaksi atomista. NaCl: n keskipitkät ja matalat isovaljopinnat näytetään alla:
Keskimääräinen elektronitiheys, joka osoittaa jo polaarisen kovalenttisen sitoutumisen ominaisuuksia. Na on vasemmalla ja Cl on oikea atomi täällä.
Pieni elektronitiheyspinta, joka osoittaa enemmän polaarista kovalenttista sidosta kuin aiemmin näkemämme ionisidos. On mahdollista, että kaikilla ionimateriaaleilla on erityinen elektronitiheyden isovaltio, jossa ionisidos ja kovalenttisidos alkavat hämärtyä yhdessä. Tämä isoarvo tuottaa pintoja, joilla on elektronitiheys erillisistä atomeista, jotka tuskin koskettavat toisiaan, ja se on erittäin herkkä etäisyydelle, koordinoivien atomien lukumäärälle, ympäristövaikutuksille ja jopa isotooppikorvauksille.
Toinen ”puhtaan ionisidoksen” kysymys on, että jotkut puhtaasti homonukleaarisista sidoksista voivat todella näyttää ionisilta! atomien. Dinatrium, Na2, on tällainen esimerkki. Natriumin plasmassa tai kaasussa tämän metallin molekyylimuodot voivat olla olemassa tai selviytyä, ja kahden natriumatomin välinen etäisyys on 3,086 angströmiä. Jos tarkastelemme tämän molekyylin suurta elektronitiheyspintaa, löydämme pallomaisen jakauman atomien ympärillä!
Tietämättä, että tämä on homonukleaarinen sidos, olisimme arvanneet tämän olevan ionisidos. Kun pienennämme dinatriumissa olevan elektronitiheyden isovalintaa, löydämme ionisten ja kovalenttisten sidosten käyttäytymisen hämärtymisen, kuten teimme alla olevien molekyylisten NaCl-lajien kanssa.
Pallomaiset muodot antavat tien kovalenttisemmalle sidokselle elektronijakauma. Näemme enemmän kovalenttista sitoutumista, kun pienennämme edelleen atomien ympärillä tutkittavaa elektronipitoisuutta.
Näin ollen emme voi täysin poistaa kovalenttista sidosta missään kokoonpanossa atomien. Se tulee olemaan siellä riippumatta siitä, kuinka vinosti elektronit jaetaan atomien kesken. Isovääriset pinnat ovat osoitus siitä, ettei puhtaita ionisidoksia ole olemassa. Ionisidos on aina osittain kovalenttinen. Tämä havainto koskee myös koordinaattisidoksia, kuten boorin ja typen välisiä sidoksia boraani-amiinikomplekseissa. Molekyyli, BH3NH3, on hyvä malli tutkia B-N-sitoutumista, jota perinteisesti pidetään datatiivisena sidoksena. Typpiatomi antaa booriatomille kaksi elektronia ja muuttaa boori- ja typpiatomien muodollisia varauksia. Kun katsomme tämän kompleksin elektronitiheyttä, havaitsemme, että BN-sidos on erilainen kuin BH- ja NH-sidokset, koska B (2,04 Paulings) ja N (3,04 Paulings) elektronegatiivisuusero on suurempi kuin B vs. H ja N vs. H. BN-sidoksen ero on 1 Pauling, joten se on pidetään polaarisena kovalenttisena sidoksena.
Datiivisen sidoksen ansiosta polaarinen kovalenttinen sidos näyttää melkein ioniselta tällä korkealla isovalueisella pinnalla, mutta pieni etäisyys B- ja N-atomien välillä (1,842 angstromia) tekee elektronien täydellisestä pallomaisesta jakautumisesta vaikeaa saavuttaa. Alemmat isovalentit antavat meille paremman kuvan polaarisesta kovalenttisesta sidoksesta.
Tässä isovalvossa emme pysty erottamaan BH3NH3: ta helposti etaanista, C2H6, jonka elektronitiheyspinta on alle. Etaanilla on CC-sidos, joka on 1,512 angströmiä pitkä, eikä sillä katsota olevan vahvoja polaarisia sidoksia.
Kaiken huomioon ottaen on tärkeää ymmärtää, että mikään yksittäinen joukkolainatyyppi ei hallitse täysin. Sidos voi olla ioninen, kovalenttinen, metallinen ja napa kerralla!