Йонний зв'язок. Йонні сполуки

Матеріал параграфа допоможе вам:

• з'ясувати, як сполучаються йони один з одним;

• зрозуміти будову йонних речовин;

• пояснювати фізичні властивості сполук, які складаються з йонів.

Йонний зв'язок. Йонні сполуки. Існує багато речовин, які утворилися внаслідок сполучення позитивно і негативно заряджених йонів, зумовленого дією електростатичних сил.

Взаємодію між протилежно зарядженими нонами в речовині називають йонним зв'язком.

Катіон і аніон притягуються один до одного тим сильніше, чим більший заряд кожної частинки і чим менша відстань між ними, а в разі їх контакту — чим менші їхні радіуси. Про це свідчить один із законів фізики.

Сполуки, що складаються з йонів, називають йонними сполуками.

До йонних сполук належать більшість оксидів металічних елементів, луги, сполуки лужних елементів із галогенами, Сульфуром тощо. Ці речовини містять катіони металічних елементів (наприклад, Na¹, Ca² , Al³ ). Аніонами в йонних оксидах є йони O²", в лугах — OH , в інших йонних сполуках — Cl", S²", NO₃ тощо. Зауважимо, що жодна сполука двох неметалічних елементів, наприклад хлороводень HCl, вуглекислий газ CO₂, йонів не містить.

Для того щоб скласти формулу йонної сполуки, потрібно знати, якими катіоном та аніоном вона утворена, а також заряди цих частинок. Оскільки кожна речовина є електронейтраль-ною, то в йонній сполуці сума зарядів усіх катіонів та аніонів дорівнює нулю.

ВПРАВА. Скласти хімічну формулу сполуки, яка містить йони Fe³'

і SOj-.

Розв'язання

Записуємо разом формули катіона й аніона: Fe³ SOi · Знаходимо найменше число, яке ділиться без залишку на значення зарядів йонів, тобто найменше спільне кратне чисел 3 і 2. Це — число 6. Поділивши його на 3 і 2, отримуємо відповідні індекси в хімічній формулі. Вилучивши заряди йонів, записуємо формулу сполуки: Fe₂(SO₁)₃.

Формула йонної сполуки вказує на співвідношення в ній катіонів і аніонів. Наприклад, у літій оксиді Li₂O:

Характеризуючи речовини, які складаються з йонів, використовують поняття «формульна одиниця». Формульною одиницею літій оксиду Li₂O є наявна в хімічній формулі сукупність двох йонів Li' і йона O^2-, а натрій гідроксиду NaOH — сукупність йона Na' і йона OH . Зміст запису 2NaCl такий: дві формульні одиниці сполуки (але не дві молекули, яких у йонній речовині не буває).

Будова нонних сполук. Йонні сполуки за звичайних умов, як правило, є кристалічними речовинами.

Кристал — це самоутворене тверде тіло, яке має плоскі грані та прямі ребра. Така форма є результатом чіткої послідовності в розміщенні атомів, молекул або йонів у речовині.

Кристали кожної речовини мають характерну форму (мал. 29). Якщо розглядати кухонну сіль

крізь збільшувальне скло, то можна побачити безбарвні кристали-кубики.

У кристалі йонної речовини кожен катіон перебуває в контакті з певною кількістю аніонів, а аніон — із такою самою або іншою кількістю катіонів. У будь-якому напрямку спостерігається чітке чергування катіонів та аніонів. Послідовність розміщення йонів усередині кристала залежить від складу речовини, тобто співвідношення катіонів і аніонів, а також від співвідношення радіусів цих частинок.

Крім кристалічних речовин, існують аморфні тверді речовини. До них, зокрема, належить скло. Воно складається з різних йонів, які безладно розміщені в речовині. Зі скла можна виготовити предмет будь-якої форми, але якщо його розбити, то отримаємо безформні уламки.

Кристалічні ґратки. Внутрішню будову кристалів описують за допомогою моделі, назва якої — кристалічні ґратки. Це схема чи об’ємний макет розміщення частинок у невеликому фрагменті кристала (мал. ЗО). За такою моделлю можна відтворити будову речовини в цілому.

Кульки в кристалічних ґратках імітують йони, атоми, молекули. Ці частинки перебувають у так званих вузлах кристалічних ґраток. У кулестержневих моделях (мал. ЗО, а) кульки мають довільні розміри й не торкаються одна одної. Використовують ще й масштабні моделі (мал. ЗО, б). У них радіуси кульок пропорційні

радіусам частинок, і найближчі кульки контактують одна з одною (частинки, як правило, щільно «упаковані» в кристалі). Кулестержнева модель є наочнішою, бо маленькі кульки в ній не заважають «зазирнути» всередину кристала.

Якщо в кристалічних ґратках йонної сполуки виділити найменший фрагмент, що повторюється, то він є формульною одиницею сполуки і відповідає її хімічній формулі (мал. 31).

Фізичні властивості йонннх сполук. Йони сполучаються один з одним досить міцно. Для того щоб зруйнувати йонний зв’язок, необхідно затратити чималу енергію. Цим пояснюють високі температури плавлення і кипіння більшості йонних речовин. Під час плавлення крис-

тали руйнуються, зв’язки між йонами послаблюються, а під час кипіння йони відокремлюються один від одного й «вилітають» із рідини. Натрій хлорид NaCl плавиться за температури 801 ^cC (її не можна досягти, нагріваючи речовину за допомогою спиртівки чи лабораторного газового пальника), а кипить за температури 1440 °С. Температури плавлення і кипіння іншої йонної сполуки — магній оксиду' MgO — ще вищі: 2825 і 3600 °С. Пояснити це можна так. Йони Mg' і О' мають більші заряди і менші радіуси, ніж йони Na¹ і Cl відповідно, й тому міцніше сполучаються. Отже, щоб розплавити магній оксид, потрібно нагріти сполуку до вищої температури, ніж натрій хлорид.

Йонні речовини у твердому стані не проводять електричного струму, а в рідкому (розплавленому) стані є електропровідними.

Відомо, що електричний струм — це напрямлений рух заряджених частинок (електронів, йонів). У кристалі йони займають фіксовані положення й переміщуватися не можуть. Під час плавлення речовини кристали перетворюються на рідину, в якій йони рухаються в довільних напрямках. При зануренні в розплав електродів, з’єднаних із джерелом постійного струму (акумулятором), катіони починають рухатися до негативно зарядженого електрода, аніони — до позитивно зарядженого. Так у розплавленій йонній речовині виникає електричний струм.

Речовини молекулярної будови в жодному агрегатному стані не проводять електричного струму, бо складаються з електронейтральних частинок — молекул.

Йонний зв’язок — це взаємодія між протилежно зарядженими йонами в речовині.

До йонних сполук належать багато оксидів та інших сполук металічних елементів.

Більшість йонних сполук за звичайних умов перебуває у кристалічному стані. Ix будову описує модель — кристалічні ґратки. Кожний йон у кристалі йонної сполуки оточений кількома протилежно зарядженими йонами.

Ионний зв'язок досить міцний. Тому йонні речовини мають високі температури плавлення і кипіння, у розплавленому стані проводять електричний струм.

90. Який хімічний зв’язок називають йонним? Що таке йонні сполуки?

91. Укажіть хімічні формули, які належать йонним речовинам: CO₂, O₂, AI₂O₃, NH₃, Na₂S₁ НСІ, BaF₂, Fe. Поясніть свій вибір.

92. Напишіть формули йонів, із яких складаються:

а) оксиди ZnO₁ Cr₂O₃;

б) основи LiOH, Ba(OH)₂.

93. Складіть (Ьоомули сполук, угвооєних такими йонами:

94. Прокоментуйте зміст записів 2ВаО, 3Mg(N0₃)₂, 4К₂С0₃.

95. Що таке кристалічні гратки? Які частинки розміщені у вузлах кристалічних граток таких речовин: CaS, Li₃N, BaH₂, КОН?

96. Яка зі сполук, на ваш погляд, має вищу температуру плавлення:

а) Li₂O чи Na₂O;

б) CaO чи CaF₂?

Відповіді обґрунтуйте і перевірте, знайшовши відповідну інформацію в інтернеті.

97. Обчисліть масові частки йонів у сполуках Mg₃N₂ і Mg(OH)₂.

Це матеріал з підручника Хімія 8 клас Попель