Beste antwoord
Ionische binding is de volledige overdracht van valentie-elektron (en) tussen atomen. Het is een soort chemische binding die twee tegengesteld geladen ionen genereert. In ionische bindingen verliest het metaal elektronen om een positief geladen kation te worden, terwijl het niet-metaal die elektronen accepteert om een negatief geladen anion te worden.
Eigenschappen van ionische binding:
~ Ionische binding resulteert in de vorming van kristallijne ionische vaste stoffen die zijn samengesteld uit ionen.
~ Ionische vaste stoffen hebben hoge smelt- en kookpunten.
~ Ionische verbindingen zijn een goede geleider van elektriciteit wanneer ze worden gesmolten of in hun oplossingen vanwege de aanwezigheid van ionen.
~ Ze zijn oplosbaar in water of een ander polair oplosmiddel, maar onoplosbaar in niet-polair oplosmiddel.
~ Ionische bindingen zijn polair van aard.
~ Ionische bindingen worden gevormd tussen metalen en niet-metalen zoals NaCl, KBr enz.
~ In tegenstelling tot covalente verbindingen bestaan ionische verbindingen in vaste toestand.
Antwoord
Een ionische binding wordt gedefinieerd als een binding die voldoende scheef is dat aan één set atomen alle elektronen zijn gedoneerd door een andere set atomen. Er bestaat echter niet zoiets als een puur ionische binding! Zelfs kristallen gemaakt van ionen hebben een gedeeltelijk covalent karakter in de bindingen of interacties tussen atomen waaruit de kristallen bestaan . Traditioneel verschijnt een ionische binding wanneer het verschil tussen de elektronegativiteit van de op elkaar inwerkende atomen groter is dan 1,7 Paulings. Covalente bindingen die atomen bevatten waarvan de elektronegativiteiten 1,0 Paulings verschillen, worden beschouwd als polaire covalente bindingen zijn. Ionische bindingen kunnen dus een gedeeltelijk polair covalent karakter hebben en zullen dat ook doen. In bindingen tussen atomen met weinig of geen verschil in elektronegativiteit, wordt de binding als covalent maar niet-polair beschouwd.
Veel factoren kunnen het karakter van de ionische binding van een binding veranderen. Door atomen dicht bij elkaar te bewegen, kan het covalente bindingskarakter toenemen en kan de hybridisatie van orbitalen die worden gebruikt om die binding te vormen veranderen. Door de atomen verder uit elkaar te plaatsen, worden ze als afzonderlijke ionen gescheiden of fragmenten, met een sterk verminderd covalent bindingskarakter. De omgeving rond een atoom kan ook de bindingseigenschappen van atomen die eraan vastzitten beïnvloeden. Atomen die zijn opgelost in oplosmiddelen hebben een wisselwerking met oplosmiddelmoleculen en hebben een ander bindingskarakter dan die in de gas- of plasmastatus.
Elektronendichtheid is een veel voorkomende manier om mogelijke ionische bindingen te herkennen, aangezien ionische bindingen de neiging hebben om nidirectioneel te zijn (waardoor ze geweldig zijn voor kristalstructuren) en een bolvormig uiterlijk hebben. Wanneer we de elektronendichtheid bepalen via computationele chemie of röntgenkristallografie, kijken we bij een specifieke concentratie van elektronen die de atomen of het molecuul omringen. Dit wordt een isosurface genoemd, met het aantal elektronen een isovalue. Isovalues worden gedefinieerd met de eenheid elektronen per kubieke Angstrom. Het wijzigen van de isovalue geeft ons oppervlakken die er voor hetzelfde systeem anders uitzien. Lagere isovaliteiten vertegenwoordigen lage concentraties elektronen, en zijn meestal verder weg van de atomen, terwijl hoge isovalues hoge concentraties elektronen beschrijven, dicht bij de atomen. Als we lage isovalues zouden gebruiken op sommige moleculen, kristallen en systemen, zullen ze eruitzien als covalente bindingssystemen, zelfs als ze atomen bevatten met grote elektronegativiteitsverschillen. Om dit punt te illustreren, nemen we GeF4, dat germanium en fluor bevat. In de Pauling-schaal van elektronegativiteit heeft Ge een waarde van 2,01 Paulings, terwijl fluor 3,98 Paulings heeft. Dit zou ons een verschil van 1,87 Paulings moeten geven, genoeg om ionische bindingen tussen deze atomen te creëren.
GeF4 is een tetraëdrische molecule met Ge-F-bindingen van 1,644 Angstrom lang. Het is de “ionische” analoog van methaan, CH4, en we vinden enkele verrassingen als we kijken naar de elektronendichtheid (berekend met de dichtheidsfunctionaaltheorie op het Becke-3-Lee-Yang-Parr-niveau) hieronder.
Zo ziet de elektronendichtheid eruit, bij een isovalue van 0,08 elektronen per kubieke ångström. Het ziet er bijna ionisch uit, maar heeft nog steeds een aanzienlijke overlap tussen de afzonderlijke atomen. We krijgen ook verschijningen van polaire covalente bindingen als we lagere isovwaarden proberen voor de berekeningen van de elektronendichtheid, hieronder .
Gemiddelde elektronendichtheid, bij 0,01 elektronen per kubieke Angstrom. Het lijkt nog steeds behoorlijk op een typisch polair covalent molecuul, veel meer op CF4 of CCl4.
Lage elektronendichtheid, bij 0,002 elektronen per kubieke Angstrom. Merk op dat het verlagen van de isovalue van elektronen per kubieke Angstrom een groter oppervlak oplevert. Zulke oppervlakken geven de indruk van covalente bindingen, zelfs in ionische materialen of vaste stoffen. GeF4 gedraagt zich dus niet puur als een ionische verbinding, aangezien de elektronendichtheid veel lijkt op die van polaire covalente verbindingen.
Natriumchloride is een ander verhaal als we kijken naar de elektronendichtheid. Natrium heeft een elektronegativiteitswaarde van 0,93 Paulings, terwijl chloor een waarde heeft van 3,16 Paulings. Dit geeft ons een verschil van 2,23 Paulings, meer dan genoeg om aan de traditionele definitie voor ionische binding. We kunnen de binding in deze verbinding gemakkelijk onderzoeken door naar een molecuul NaCl te kijken, dat twee van de miljarden of meer atomen in een typisch zoutkristal vertegenwoordigt. Het oppervlak met hoge isovalue elektronendichtheid van een NaCl-molecuul is hieronder.
Let op de bolvorm van de elektronendichtheid rond deze twee atomen (Na is aan de rechterkant, Cl is aan de linkerkant)? Dat is een opvallend kenmerk van ionische binding! De twee atomen zijn 2,372 Angström van elkaar verwijderd, waardoor ze voldoende ruimte hebben om ionische binding te ontwikkelen. Als we echter de isovwaarde verlagen die wordt gebruikt om het elektronendichtheidsoppervlak van het NaCl-molecuul te verkrijgen, beginnen we het uiterlijk van de covalente binding te krijgen naarmate de concentratie van elektronen afneemt en we verder weg gaan van de atomen. De gemiddelde en lage isovalue oppervlakken voor NaCl worden hieronder weergegeven:
Gemiddelde elektronendichtheid, die al kenmerken vertoont van polaire covalente binding. Na bevindt zich aan de linkerkant en Cl is hier het rechteratoom.
Oppervlak met lage elektronendichtheid, meer een polaire covalente binding dan de ionische binding die we eerder zagen. Het is mogelijk dat alle ionische materialen een bepaalde isovalue van elektronendichtheid hebben waarbij de ionische binding en covalente binding samen beginnen te vervagen. Deze isovalue produceert oppervlakken met elektronendichtheid van afzonderlijke atomen die elkaar nauwelijks raken, en is erg gevoelig voor afstand, aantal coördinerende atomen, milieueffecten en zelfs isotopensubstitutie.
Een ander probleem met de “pure ionische binding” is dat sommige puur homonucleaire bindingen er eigenlijk ionisch uit kunnen zien! Deze bindingen zijn gemaakt van identieke atomen, zonder elektronegativiteitsverschil om een van de atomen. Dinatrium, Na2, is zon voorbeeld. In een plasma of gas van natrium kunnen moleculaire vormen van dit metaal bestaan of overleven, en het heeft een afstand van 3,086 Angstrom tussen de twee natriumatomen. Als we kijken naar het oppervlak met hoge elektronendichtheid van dit molecuul, vinden we een sferische verdeling rond de atomen!
Zonder te weten dat dit een homonucleaire binding is, zouden we hebben geraden dat dit een ionische binding was. Wanneer we de isovwaarde voor elektronendichtheid in dinatrium verlagen, vinden we vervaging van het ionische en covalente bindingsgedrag, net zoals we deden met de moleculaire NaCl-soorten, hieronder.
Hier maken de bolvormen plaats voor een meer covalente band elektronenverdeling. We zien meer van de covalente binding wanneer we de elektronenconcentratie die rond de atomen wordt onderzocht verder verlagen.
Daarom kunnen we covalente binding niet volledig elimineren in een verzameling van atomen. Het zal er zijn, ongeacht hoe scheef de elektronen zullen worden verdeeld over de atomen. De isovalue oppervlakken zijn een bewijs dat er geen pure ionische bindingen bestaan. Een ionische binding is altijd gedeeltelijk covalent. Deze bevinding geldt ook voor gecoördineerde bindingen, zoals die tussen boor en stikstof in boraan-aminecomplexen. Het molecuul BH3NH3 is een goed model om de B-N-binding te onderzoeken, die traditioneel wordt beschouwd als een datiefbinding. Het stikstofatoom geeft twee elektronen aan het booratoom en verandert de formele ladingen tussen de boor- en stikstofatomen. Als we kijken naar de elektronendichtheid van dit complex, zien we dat de BN-binding anders is dan de BH- en NH-bindingen, aangezien het elektronegativiteitsverschil tussen B (2.04 Paulings) en N (3.04 Paulings) groter is dan die van B vs. H en N vs. H. De BN-binding heeft een verschil van 1 Pauling, dus het is beschouwd als een polaire covalente binding.
De datiefbinding heeft ervoor gezorgd dat de polaire covalente binding er bijna ionisch uitziet in dit hoge isovalue oppervlak, maar de korte afstand tussen de B- en N-atomen (1.842 Angstrom) maakt perfecte sferische distributies van elektronen moeilijk te bereiken. Lagere isovaliteiten geven ons een beter zicht op de polaire covalente binding.
Bij deze isovalue kunnen we BH3NH3 niet gemakkelijk onderscheiden van ethaan, C2H6, waarvan het elektronendichtheidsoppervlak lager is. Ethaan heeft een CC-binding die 1,512 Angström lang is en wordt niet geacht sterke polaire bindingen te hebben.
Alles bij elkaar genomen, is het belangrijkste om te begrijpen dat geen enkel type binding domineert volledig. Een binding kan tegelijkertijd ionisch, covalent, metaalachtig en polair zijn!