Najlepsza odpowiedź
Wiązanie jonowe polega na całkowitym przeniesieniu elektronów walencyjnych między atomami. Jest to rodzaj wiązania chemicznego, który generuje dwa przeciwnie naładowane jony. W wiązaniach jonowych metal traci elektrony, aby stać się dodatnio naładowanym kationem, podczas gdy niemetal przyjmuje te elektrony, aby stać się ujemnie naładowanym anionem.
Właściwości wiązania jonowego:
~ Wiązanie jonowe powoduje tworzenie się krystalicznych jonowych ciał stałych, które składają się z jonów.
~ Jonowe ciała stałe mają wysokie temperatury topnienia i wrzenia.
~ Związki jonowe są dobrym przewodnikiem elektrycznym po stopieniu lub w ich roztworach ze względu na obecność jonów.
~ Są rozpuszczalne w wodzie lub innym rozpuszczalniku polarnym, ale nierozpuszczalne w rozpuszczalniku niepolarnym.
~ Wiązania jonowe mają charakter polarny.
~ Wiązania jonowe powstają między metalami i niemetalami, takimi jak NaCl, KBr itp.
~ W przeciwieństwie do związków kowalencyjnych, związki jonowe istnieją w stanie stałym.
Odpowiedź
Wiązanie jonowe definiuje się jako wiązanie, które jest na tyle krzywe, że jeden zestaw atomów zawiera wszystkie elektrony przekazane mu przez inny zestaw atomów. Jednak nie ma czegoś takiego jak czysto jonowe wiązanie! Nawet kryształy złożone z jonów mają częściowo kowalencyjny charakter wiązań lub interakcji między atomami tworzącymi kryształy . Tradycyjnie wiązanie jonowe pojawia się, gdy różnica między elektroujemnością oddziałujących atomów jest większa niż 1,7 Paulingsa. Wiązania kowalencyjne zawierające atomy, których elektroujemności różnią się o 1,0 Paulingsa, uważa się za być polarnymi wiązaniami kowalencyjnymi. Zatem wiązania jonowe mogą mieć i mają częściowo polarny charakter kowalencyjny. W wiązaniach między atomami o niewielkiej różnicy elektroujemności lub bez niej, wiązanie uważa się za kowalencyjne, ale niepolarne.
Wiele czynników może zmienić charakter wiązania jonowego. Przesuwanie atomów blisko siebie może zwiększyć charakter wiązania kowalencyjnego i zmienić hybrydyzację orbitali używanych do utworzenia tego wiązania. Umieszczenie atomów dalej od siebie spowoduje rozdzielenie ich na odrębne jony lub fragmenty, o znacznie zredukowanym charakterze wiązania kowalencyjnego. Środowisko wokół atomu może również wpływać na właściwości wiązania atomów do niego przyłączonych. Atomy rozpuszczone w rozpuszczalnikach oddziałują z cząsteczkami rozpuszczalnika i będą miały inny charakter wiązania niż te w stanie gazowym lub plazmy.
Gęstość elektronów jest powszechna sposób rozpoznawania możliwych wiązań jonowych, ponieważ wiązania jonowe są zwykle wielokierunkowe (dzięki czemu świetnie nadają się do struktur krystalicznych) i mają wygląd kulisty. Kiedy określamy gęstość elektronów za pomocą chemii obliczeniowej lub krystalografii rentgenowskiej, szukamy przy określonym stężeniu elektronów otaczających atomy lub cząsteczkę. Nazywa się to izopowierzchnią, w której ilość elektronów jest izowartością. Izowartości są zdefiniowane, w których jednostką są elektrony na angstremów sześciennych. Zmiana izowartości da nam powierzchnie, które wyglądają inaczej dla tego samego systemu. Niższe izowartości reprezentują niskie stężenia elektronów i zwykle znajdują się dalej od atomów, podczas gdy wysokie izowartości opisują wysokie stężenia elektronów, będąc blisko atomów. Jeśli mieliśmy użyć niskich wartości izowartości na niektórych cząsteczkach, kryształach i układach, będą one wyglądać jak układy wiązań kowalencyjnych, nawet jeśli zawierają atomy o dużych różnicach elektroujemności. Aby zilustrować ten punkt, weźmy GeF4, który zawiera german i fluor. W skali elektroujemności Paulinga Ge ma wartość 2,01 Paulingsa, podczas gdy fluor ma wartość 3,98 Paulingsa. To powinno dać nam różnicę 1,87 Paulingsa, wystarczającą do wytworzenia wiązań jonowych między tymi atomami.
GeF4 jest tetraedryczną cząsteczką z wiązaniami Ge-F o długości 1,644 angstremów. Jest to „jonowy” analog metanu, CH4, i znajdujemy kilka niespodzianek, gdy spojrzymy na jego gęstość elektronową (obliczoną za pomocą teorii funkcjonału gęstości na poziomie Becke-3-Lee-Yang-Parr) poniżej.
Tak wygląda jego gęstość elektronowa przy izowartości 0,08 elektronu na sześcienny angstrem. Wygląda prawie jak jonowy, ale nadal ma znaczące nakładanie się poszczególnych atomów. Otrzymujemy również wygląd polarnych wiązań kowalencyjnych, gdy spróbujemy niższych izowartości do obliczeń gęstości elektronów, poniżej .
Średnia gęstość elektronów, przy 0,01 elektronu na sześcienny angstremów. Wciąż wygląda jak typowa polarna cząsteczka kowalencyjna, dużo bardziej jak CF4 lub CCl4.
Niska gęstość elektronów, 0,002 elektronów na angstrem sześciennym. Zauważ, że zmniejszenie izowartości elektronów na sześcienny angstrem daje większą powierzchnię. Takie powierzchnie sprawiają wrażenie wiązań kowalencyjnych, nawet w materiałach jonowych lub ciałach stałych. Zatem GeF4 nie zachowuje się wyłącznie jako związek jonowy, ponieważ jego gęstość elektronowa wygląda podobnie do polarnych związków kowalencyjnych.
Chlorek sodu to inna historia, jeśli spojrzymy na jego gęstość elektronową. Sód ma elektroujemność 0,93 Paulingsa, a chlor 3,16 Paulingsa. To daje nam różnicę 2,23 Paulingsa, więcej niż wystarczającą do spełnienia tradycyjnego definicja wiązania jonowego. Możemy łatwo zbadać wiązanie w tym związku, patrząc na cząsteczkę NaCl, reprezentującą dwa z miliardów lub więcej atomów w typowym krysztale soli. Powierzchnia o wysokiej izowartościowej gęstości elektronowej cząsteczki NaCl znajduje się poniżej.
Zwróć uwagę na kulisty kształt gęstości elektronów wokół tych dwóch atomów (Na jest po prawej stronie, Cl jest po lewej stronie)? To jest najważniejsza cecha wiązania jonowego! Te dwa atomy są oddalone od siebie o 2,372 angstremów, co daje im wystarczającą przestrzeń do rozwinięcia wiązań jonowych. Jeśli jednak zmniejszymy izowartość używaną do uzyskania powierzchni gęstości elektronowej cząsteczki NaCl, zaczniemy uzyskiwać wygląd wiązania kowalencyjnego w miarę zmniejszania się stężenia elektronów i oddalania się od atomów. Powierzchnie średniej i niskiej izowartości dla NaCl przedstawiono poniżej:
Średnia gęstość elektronów, już wykazująca cechy polarnego wiązania kowalencyjnego. Na jest po lewej stronie, a Cl jest prawym atomem.
Powierzchnia o niskiej gęstości elektronowej, pokazująca bardziej polarne wiązanie kowalencyjne niż jonowe, które widzieliśmy wcześniej. Jest możliwe, że wszystkie materiały jonowe mają określoną izowartość gęstości elektronowej, w której wiązanie jonowe i wiązanie kowalencyjne zaczynają się zacierać. Ta izowaluta wytwarza powierzchnie o gęstości elektronowej z oddzielnych atomów ledwie stykających się ze sobą i jest bardzo wrażliwa na odległość, liczbę koordynujących atomów, efekty środowiskowe, a nawet podstawienie izotopów.
iv id + atomy. Przykładem jest disod, Na2. W plazmie lub gazie sodu, molekularne formy tego metalu mogą istnieć lub przetrwać, a odległość między dwoma atomami sodu wynosi 3,086 angstremów. Jeśli spojrzymy na powierzchnię tej cząsteczki o wysokiej gęstości elektronowej, znajdziemy sferyczny rozkład wokół atomów!
Nie wiedząc, że jest to wiązanie homojądrowe, domyślilibyśmy się, że jest to wiązanie jonowe. Kiedy zmniejszamy izowartość gęstości elektronów w disodzie, zauważamy rozmycie zachowań wiązań jonowych i kowalencyjnych, tak jak to zrobiliśmy z molekularnymi rodzajami NaCl poniżej.
W tym przypadku kuliste kształty ustępują miejsca bardziej kowalencyjnemu wiązaniu dystrybucja elektronów. Więcej wiązań kowalencyjnych widzimy, gdy dalej zmniejszamy stężenie elektronów badane wokół atomów.
Dlatego nie możemy całkowicie wyeliminować wiązania kowalencyjnego w jakimkolwiek zespole atomy. Będzie tam, niezależnie od tego, jak krzywo elektrony będą podzielone między atomy. Powierzchnie izowalutowe są dowodem na to, że nie istnieją żadne czyste wiązania jonowe. Wiązanie jonowe jest zawsze częściowo kowalencyjne. To odkrycie odnosi się również do wiązań koordynacyjnych, takich jak między borem i azotem w kompleksach borano-aminowych. Cząsteczka BH3NH3 jest dobrym modelem do badania wiązania B-N, które jest tradycyjnie uważane za wiązanie celowane. Atom azotu daje dwa elektrony atomowi boru i zmienia formalne ładunki między atomami boru i azotu. Kiedy spojrzymy na gęstość elektronów tego kompleksu, stwierdzimy, że wiązanie BN jest inne niż wiązań BH i NH, ponieważ różnica elektroujemności między B (2,04 Paulingsa) i N (3,04 Paulings) jest większa niż wiązań B vs. H i N vs. H. Wiązanie BN ma różnicę 1 Paulinga, więc jest uważane za polarne wiązanie kowalencyjne.
Wiązanie celujące sprawiło, że polarne wiązanie kowalencyjne wyglądało prawie jonowo na tej powierzchni o wysokiej izowartości, ale niewielka odległość między atomami B i N (1,842 angstremów) utrudnia osiągnięcie idealnych sferycznych rozkładów elektronów. Niższe izowartości dają nam lepszy obraz polarnego wiązania kowalencyjnego.
Przy tej wartości nie jesteśmy w stanie łatwo odróżnić BH3NH3 z etanu, C2H6, którego powierzchnia o gęstości elektronowej jest poniżej. Etan ma wiązanie CC o długości 1,512 angstremów i nie uważa się, że ma silne wiązania polarne.
Biorąc wszystko pod uwagę, ważne jest, aby zrozumieć, że żaden pojedynczy typ wiązania nie dominuje całkowicie. Wiązanie może być jednocześnie jonowe, kowalencyjne, metaliczne i polarne!