Beste svaret
Ionisk binding er fullstendig overføring av valenselektron (er) mellom atomer. Det er en type kjemisk binding som genererer to motsatt ladede ioner. I ioniske bindinger mister metallet elektroner for å bli en positivt ladet kation, mens det ikke-metall aksepterer disse elektronene for å bli et negativt ladet anion.
Egenskaper for ionisk binding:
~ ionisk binding resulterer i dannelsen av krystallinske ioniske faste stoffer som er sammensatt av ioner.
~ Ioniske faste stoffer har høye smelte- og kokepunkter.
~ Ioniske forbindelser er god lederelektrisitet når de smeltes eller i deres løsninger på grunn av tilstedeværelse av ioner.
~ De er oppløselige i vann eller annet polært løsningsmiddel, men uoppløselige i ikke-polært løsningsmiddel.
~ Ioniske bindinger er polare i naturen.
~ Ioniske bindinger dannes mellom metaller og ikke-metaller som NaCl, KBr etc.
~ I motsetning til kovalente forbindelser, finnes ioniske forbindelser i fast tilstand.
Svar
En ionebinding er definert som en binding som er tilstrekkelig skjevt til at ett sett med atomer har alle elektronene donert til dem av et annet sett med atomer. Det er imidlertid ikke noe som heter en rent ionisk binding! Selv krystaller laget av ioner har delvis kovalent karakter i bindingen eller interaksjonen mellom atomer som utgjør krystallene . Tradisjonelt vises en ionisk binding når forskjellen mellom elektronegativiteten til de samvirkende atomer er større enn 1,7 Paulings. Kovalente bindinger som inneholder atomer hvis elektronegativiteter avviker med 1.0 Paulings anses å være være polare kovalente bindinger. Dermed kan og har ioniske bindinger delvis polær kovalent karakter. I bindinger mellom atomer med liten eller ingen forskjell i elektronegativitet, anses bindingen å være kovalent, men ikke-polær.
Mange faktorer kan endre den ioniske bindingskarakteren til en binding. Å flytte atomer tett sammen kan øke den kovalente bindingskarakteren og endre hybridiseringen av orbitaler som brukes til å danne den bindingen. Plassering av atomene lenger fra hverandre vil skille dem som forskjellige ioner eller fragmenter, med sterkt redusert kovalent bindingskarakter. Miljøet rundt et atom kan også påvirke bindingsegenskapene til atomer festet til det. Atomer oppløst i løsningsmidler samhandler med løsningsmiddelmolekyler, og vil ha forskjellig bindingskarakter sammenlignet med de i gass- eller plasmatilstand.
Elektrontetthet er en vanlig måte å gjenkjenne mulige ionebindinger på, da ionebindinger har en tendens til å være retningsstridig (noe som gjør dem gode for krystallstrukturer) og har et sfærisk utseende. Når vi bestemmer elektrondensiteten via beregningskjemi eller røntgenkrystallografi, ser vi etter ved en spesifikk konsentrasjon av elektroner som omgir atomene eller molekylet. Dette kalles en isosurface, med mengden elektroner en isovalue. Isovalues er definert med enheten som elektroner per kubikk angstrom. Endring av isovalue vil gi oss overflater som ser annerledes ut for det samme systemet. Lavere isovalues representerer lave konsentrasjoner av elektroner, og har en tendens til å være lenger borte fra atomene, mens høye isovalues beskriver høye konsentrasjoner av elektroner, og er nær atomene. Hvis vi skulle bruke lave isovalues på noen molekyler, krystaller og systemer, de vil se ut som kovalente bindingssystemer, selv om de inneholder atomer med store elektronegativitetsforskjeller. For å illustrere dette punktet tar vi GeF4, som inneholder germanium og fluor. I Pauling-skalaen for elektronegativitet har Ge en verdi på 2,01 Paulings, mens fluor har 3,98 Paulings. Dette burde gi oss en forskjell på 1,87 Paulings, nok til å skape ioniske bindinger mellom disse atomene.
GeF4 er et tetraedrisk molekyl med Ge-F-bindinger som måler 1.644 Ångstrøm. Det er den «ioniske» analogen av metan, CH4, og vi finner noen overraskelser når vi ser på elektrontettheten (beregnet med tetthetsfunksjonell teori på Becke-3-Lee-Yang-Parr-nivå), nedenfor.
Slik ser elektrontettheten ut med en isvalue på 0,08 elektroner per kubikk angstrøm. Det ser nesten ionisk ut, men har fremdeles betydelig overlapping mellom de enkelte atomer. Vi får også polare kovalente bindingsutseende når vi prøver lavere isovalues for beregningene av elektrontetthet nedenfor .
Middels elektrontetthet ved 0,01 elektroner per kubikkvinkel. Det ser fremdeles ut som et typisk polært kovalent molekyl, mye mer som CF4 eller CCl4.
Lav elektrondensitet, ved 0,002 elektroner per kubisk angstrøm. Legg merke til at å redusere isovalue av elektroner per kubisk angstrøm gir en større overflate. Slike overflater gir et utseende av kovalente bindinger, selv i ioniske materialer eller faste stoffer. Dermed oppfører GeF4 seg ikke rent som en ionisk forbindelse, da dens elektrontetthet ser ut som den for polare kovalente forbindelser.
Sodium chloride er en annen historie når vi ser på elektrontettheten. Sodium har en elektronegativitetsverdi på 0,93 Paulings, mens klor har en verdi på 3,16 Paulings. Dette gir oss en forskjell på 2,23 Paulings, mer enn nok til å oppfylle det tradisjonelle definisjon for ionisk binding. Vi kan enkelt undersøke bindingen i denne forbindelsen ved å se på et molekyl av NaCl, som representerer to atomer av milliarder eller mer i en typisk saltkrystall. Den høye isovale elektrontetthetsflaten til et NaCl-molekyl er under.
Legg merke til den sfæriske formen til elektrontettheten rundt disse to atomene (Na er på høyre side, Cl er på venstre side)? Det er et fremtredende trekk ved ionisk binding! De to atomene er 2.372 ångstrøm fra hverandre, noe som gir dem god avstand til å utvikle ionisk binding. Imidlertid, hvis vi reduserer isverdien som brukes til å oppnå elektrondensitetsoverflaten til NaCl-molekylet, begynner vi å få det kovalente bindingsutseendet når konsentrasjonen av elektroner synker og vi går lenger bort fra atomene. De mellomstore og lave isovalue overflatene for NaCl er vist nedenfor:
Middels elektrontetthet, som allerede viser trekk ved polær kovalent binding. Na er til venstre, og Cl er høyre atom her.
Lav elektrondensitetsoverflate, viser mer av en polær kovalent binding enn den ioniske bindingen vi så tidligere. Det er mulig at alle ioniske materialer har en spesiell isovalue av elektrontetthet der ionebinding og kovalent binding begynner å bli uskarpe. Denne isovalue produserer overflater med elektrontetthet fra separate atomer som knapt berører hverandre, og det er veldig følsomt for avstand, antall koordinerende atomer, miljøeffekter og til og med isotopsubstitusjon.
Et annet problem med «ren ionebinding» er at noen rent homonukleære bindinger faktisk kan se ioniske ut! Disse bindingene er laget av identiske atomer, uten forskjell i elektronegativitet for å polarisere noen av atomer. Dinatrium, Na2, er et slikt eksempel. I et plasma eller gass av natrium kan molekylære former av dette metallet eksistere eller overleve, og det har en avstand på 3,086 Ångstrøm mellom de to natriumatomer. Hvis vi ser på overflaten med høy elektrondensitet for dette molekylet, finner vi sfærisk fordeling rundt atomene!
Uten å vite at dette er en homonukleær binding, ville vi ha gjettet at dette var en ionebinding. Når vi reduserer isverdien for elektrondensitet i dinatrium, finner vi uskarphet av ionisk og kovalent bindingsadferd, akkurat som vi gjorde med den molekylære NaCl-arten nedenfor.
Her gir de sfæriske formene plass til en mer kovalent binding elektronfordeling. Vi ser mer av den kovalente bindingen når vi ytterligere reduserer elektronkonsentrasjonen som blir sonderet rundt atomene.
Dermed kan vi ikke helt eliminere kovalent binding i noen samling av atomer. Det kommer til å være der, uavhengig av hvor skjevt elektronene skal deles mellom atomene. Isovalue-overflatene er et bevis på at det ikke eksisterer rene ionebindinger. En ionisk binding er alltid delvis kovalent. Dette funnet gjelder også koordinatbindinger, som de mellom bor og nitrogen i boranaminkomplekser. Molekylet, BH3NH3, er en god modell for å undersøke B-N-bindingen, som tradisjonelt anses å være en dativbinding. Nitrogenatomet gir to elektroner til boratomet, og endrer de formelle ladningene blant bor- og nitrogenatomer. Når vi tar en titt på elektrontettheten til dette komplekset, finner vi at BN-bindingen er forskjellig i forhold til BH- og NH-bindingene, da forskjellen mellom elektronegativitet mellom B (2.04 Paulings) og N (3.04 Paulings) er større enn B vs. H og N vs. H. BN-bindingen har en forskjell på 1 Pauling, så det er betraktet som en polær kovalent binding.
Dativbindingen har fått den polære kovalente bindingen til å se nesten ionisk ut i denne høye isovale overflaten, men den korte avstanden mellom B- og N-atomene (1,842 Ångstrømmer) gjør perfekte sfæriske fordelinger av elektroner vanskelig å oppnå. Lavere isovalues gir oss et bedre syn på den polare kovalente bindingen.
På denne isvaluen kan vi ikke enkelt skille mellom BH3NH3 fra etan, C2H6, hvis elektrondensitetsflate er under. Etan har en CC-binding som er 1,512 ångstrøm, og anses ikke å ha sterke polare bindinger.
Med alt i betraktning er det viktig å forstå at ingen enkelt obligasjonstype dominerer fullstendig. En binding kan være ionisk, kovalent, metallisk og polar på en gang!