IONISK BINDING: KARAKTERISTIKA, HVORDAN DEN DANNES OG EKSEMPLER - KEMI - 2025

Den ioniske binding er en type kemisk binding, hvor der er en elektrostatisk tiltrækning mellem modsat ladede ioner. Det vil sige, en positivt ladet ion danner en binding med en negativt ladet ion og overfører elektroner fra et atom til et andet.

Denne type kemisk binding opstår, når valenselektroner fra et atom permanent overføres til et andet atom. Atomet, der mister elektroner, bliver en kation (positivt ladet), og den, der vinder elektroner, bliver en anion (negativt ladet).

Eksempel på ionisk binding: natriumfluorid. Natrium mister en valenselektron og giver det op til fluor. Wdcf

Ionisk obligationskoncept

Den ioniske binding er en, hvorved elektrisk ladede partikler, kaldet ioner, samvirker for at give anledning til ioniske faste stoffer og væsker. Denne binding er et produkt af elektrostatiske interaktioner mellem hundreder af millioner af ioner og er ikke begrænset til kun et par af dem; det vil sige, det går ud over tiltrækningen mellem en positiv ladning mod en negativ ladning.

Overvej for eksempel den ioniske forbindelse natriumchlorid, NaCl, bedre kendt som bordsalt. I NaCl dominerer den ioniske binding, så den er sammensat af Na ⁺ og Cl ^- ioner. Na ⁺ er den positive ion eller kation, mens Cl ^- (chlorid) er den negative ion eller anion.

Na + og Cl-ioner i natriumchlorid holdes sammen ved ionisk binding. Kilde: Eyal Bairey via Wikipedia.

Både Na ⁺ og Cl ^- tiltrækkes af at have modsatte elektriske ladninger. Afstanderne mellem disse ioner tillader andre at komme tættere på hinanden, så NaCl-par og par vises. Na ⁺ -kationerne frastøder hinanden, fordi de har samme ladninger, og det samme sker med hinanden med Cl ^- anionerne.

Der kommer en tid, hvor millioner af Na ⁺ og Cl ^- ioner formår at forene, forene og skabe en struktur, der er så stabil som muligt; en styret af ionisk binding (øverste billede). Na ⁺ kationer er mindre end Cl ^- anioner på grund af den stigende effektive atomkraft i deres kerne på eksterne elektroner.

Ionisk binding af NaCl. Rhannosh / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Den ioniske binding er kendetegnet ved at etablere ordnede strukturer, hvor afstanden mellem ionerne (Na ⁺ og Cl ^- for NaCl) er lille sammenlignet med afstanden fra andre faste stoffer. Så vi taler om en ionisk krystallinsk struktur.

Hvordan dannes en ionisk binding?

Den ioniske binding finder kun sted, hvis der sker en fordeling af elektroner, således at ionernes ladninger opstår. Denne type binding kan aldrig forekomme mellem neutrale partikler. Der skal nødvendigvis være kationer og anioner. Men hvor kommer de fra?

Ionisk bindingsillustration. a) Natrium har en negativ negativ ladning. b) Natrium afgiver et elektron til klor. Natrium forbliver med en netto positiv ladning og klor med en netto negativ ladning, hvilket genererer den ioniske binding. Denne type binding mellem millioner af Na- og Cl-atomer giver anledning til det fysiske salt. OpenStax College / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

Der er mange veje, hvorved ioner stammer, men i det væsentlige er mange baseret på en oxidationsreduktionsreaktion. De fleste uorganiske ioniske forbindelser består af et metallisk element bundet med et ikke-metallisk element (dem i p-blokken i det periodiske system).

Metallet skal oxidere, miste elektroner for at blive en kation. På den anden side reduceres det ikke-metalliske element, får disse elektroner og bliver til en anion. Følgende billede illustrerer dette punkt for dannelse af NaCI fra natrium- og kloratomer:

Dannelse af en ionisk binding. Kilde: Shafei på arabisk Wikipedia / Public domain

Na-atomet donerer en af ​​dets valenselektroner til Cl. Når denne fordeling af elektroner finder sted, dannes Na ⁺ og Cl ^- ioner, som begynder at tiltrække hinanden straks og elektrostatisk.

Det siges derfor, at Na ⁺ og Cl ^- ikke deler noget par elektroner, i modsætning til hvad der kunne forventes til en hypotetisk Na-Cl-kovalent binding.

Ioniske bindingsegenskaber

Den ioniske binding er ikke-retningsbestemt, det vil sige dens kraft er ikke til stede i en enkelt retning, men spreder sig snarere gennem rummet som en funktion af afstandene, der adskiller ionerne. Denne kendsgerning er vigtig, da det betyder, at ionerne er stærkt bundet, hvilket forklarer flere af de fysiske egenskaber ved ioniske faste stoffer.

Smeltepunkt

Den ioniske binding er ansvarlig for, at saltet smelter ved en temperatur på 801 ºC. Denne temperatur er betydeligt høj sammenlignet med smeltepunkterne for forskellige metaller.

Dette skyldes, at NaCl skal absorbere nok varme til, at dets ioner begynder at flyde frit ud af sine krystaller; det vil sige, at attraktionerne mellem Na ⁺ og Cl ^- skal overvindes.

Kogepunkt

Smelte- og kogepunkterne for ioniske forbindelser er især høje på grund af deres stærke elektrostatiske interaktioner: deres ioniske binding. Da denne binding imidlertid involverer mange ioner, tilskrives denne opførsel normalt snarere til intermolekylære kræfter og ikke korrekt til ionisk binding.

Når det drejer sig om salt, når NaCl er smeltet, opnås en væske sammensat af de samme initialioner; først nu bevæger de sig mere frit. Den ioniske binding er stadig til stede. Na ⁺ og Cl ^- ioner mødes ved væskeoverfladen for at skabe en høj overfladespænding, der forhindrer ioner i at flygte ind i gasfasen.

Derfor skal det smeltede salt øge sin temperatur endnu mere for at koge. Kogepunktet for NaCl er 1465 ° C. Ved denne temperatur overskrider varmen attraktionerne mellem Na ⁺ og Cl ^- i væsken, så NaCl-dampe begynder at dannes med et tryk, der er lig med atmosfærisk.

elektronegativitet

Det blev tidligere sagt, at den ioniske binding dannes mellem et metallisk element og et ikke-metallisk element. Kort sagt: mellem et metal og et ikke-metal. Dette er normalt tilfældet med hensyn til uorganiske ioniske forbindelser; især dem af den binære type, såsom NaCl.

For at en partition af elektroner (Na ⁺ Cl ^-) skal forekomme og ikke en deling (Na-Cl), skal der være en stor forskel i elektronegativitet mellem de to atomer. Ellers ville der ikke være nogen ionisk binding mellem dem to. Eventuelt kommer Na og Cl tættere sammen, interagerer, men straks "tager" Cl på grund af dets højere elektronegativitet et elektron fra Na.

Dette scenarie gælder dog kun for binære forbindelser, MX, såsom NaCl. For andre salte eller ioniske forbindelser er deres dannelsesprocesser mere komplicerede og kan ikke nås ud fra et rent atomisk eller molekylært perspektiv.

typer

Der er ingen forskellige typer ioniske bindinger, da det elektrostatiske fænomen er rent fysisk og kun varierer den måde, hvorpå ionerne interagerer, eller antallet af atomer, de besidder; det vil sige, hvis de er monatomiske eller polyatomiske ioner. Ligeledes stammer hvert element eller forbindelse en karakteristisk ion, der definerer forbindelsens art.

I eksemplet afsnit vil vi undersøge dette punkt, og det vil ses, at den ioniske binding er den samme i det væsentlige i alle forbindelser. Når dette ikke er opfyldt, siges det, at den ioniske binding har en vis kovalent karakter, hvilket er tilfældet med mange overgangsmetalsalte, hvor anionerne koordinerer med kationerne; for eksempel FeCl ₃ (Fe ³⁺ -Cl ^-).

Eksempler på ioniske bindinger

Flere ioniske forbindelser vil blive anført nedenfor, og deres ioner og forhold vil blive fremhævet:

- Magnesiumchlorid

MgC ₂, (Mg ²⁺ Cl ^-), i et 1: 2-forhold (Mg ²⁺: 2 Cl ^-)

- Kaliumfluorid

KF, (K ⁺ F ^-), i et forhold på 1: 1 (K ⁺: F ^-)

- Natriumsulfid

Na ₂ S, (Na ⁺ S ^2-), i et 2: 1 forhold (2Na ⁺: S ^2-)

- Lithohydroxid

LiOH, (Li ⁺ OH ^-), i et forhold på 1: 1 (Li ⁺: OH ^-)

- Calciumfluorid

CaF ₂ (Ca ²⁺ F ^-) i forholdet 1: 2 (Ca ²⁺: 2F ^-)

- Natriumcarbonat

Na ₂ CO ₃, (Na ⁺ CO ₃ ^2-), i et 2: 1 forhold (2Na ⁺: CO ₃ ^2-)

- Calciumcarbonat

CaCO ₃, (Ca ²⁺ CO ₃ ^2-), i et forhold på 1: 1 (Ca ²⁺: CO ₃ ^2-)

- Kaliumpermanganat

KMnO ₄, (K ⁺ MnO ₄ ^-), i et forhold på 1: 1 (K ⁺: MnO ₄ ^-)

- Kobbersulfat

CuSO ₄, (Cu ²⁺ SO ₄ ^2-), i et forhold på 1: 1 (Cu ²⁺: SO ₄ ^2-)

- Bariumhydroxid

Ba (OH) ₂, (Ba2 ⁺ OH ^-), i et forhold på 1: 2 (Ba2 ⁺: OH ^-)

- Aluminiumbromid

AlBr ₃, (Al ³⁺ Br ^-), i et forhold på 1: 3 (Al ³⁺: 3Br ^-)

- Jern (III) oxid

Fe ₂ O ₃, (Fe ³⁺ O ^2-), i en 2: 3-forhold (2Fe ³⁺: 3O ^2-)

- Strontiumoxid

SrO, (Sr ²⁺ O ^2-), i et forhold på 1: 1 (Sr ²⁺: O ^2-)

- Sølvchlorid

AgCl, (Ag ⁺ Cl ^-), i et forhold på 1: 1 (Ag ⁺: Cl ^-)

- Andre

CH ₃ COONa, (CH ₃ COONa ⁺), i et 1: 1 forhold (CH ₃ COO ^-: Na ⁺)

- NH ₄ I, (NH ₄ ⁺ I ^-), i et 1: 1 forhold (NH ₄ ⁺: I ^-)

Hver af disse forbindelser har en ionisk binding, hvor millioner af ioner, svarende til deres kemiske formler, tiltrækkes elektrostatisk og danner et fast stof. Jo større størrelsen af ​​dets ionladninger er, jo stærkere er de elektrostatiske attraktioner og frastødelser.

Derfor har en ionisk binding en tendens til at være stærkere, jo større ladningerne på ionerne, der udgør forbindelsen.

Løst øvelser

Her er nogle øvelser, der anvender den grundlæggende viden om ionisk binding.

- Øvelse 1

Hvilken af ​​de følgende forbindelser er ionisk? Valgmulighederne er: HF, H ₂ O, NaH, H ₂ S, NH _3, og MgO.

En ionisk forbindelse skal pr. Definition have en ionisk binding. Jo større elektronegativitetsforskel mellem dens bestanddele er, jo større er ionens karakter af bindingen.

Derfor er valgmuligheder, der ikke har et metallisk element principielt udelukket: HF, H ₂ O, H ₂ S og NH ₃. Alle disse forbindelser består af kun ikke-metalliske elementer. NH ₄ ⁺ -kationen er en undtagelse fra denne regel, da den ikke har nogen metaller.

De resterende indstillinger er NaH og MgO, som har henholdsvis metallerne Na og Mg, der er knyttet til ikke-metalliske elementer. NaH (Na ⁺ H ^-) og MgO (Mg ²⁺ O ^2-) er ioniske forbindelser.

- Øvelse 2

Overveje følgende hypotetiske forbindelse: Ag (NH ₄) ₂ CO ₃ I. Hvad er dens ioner og i hvilket forhold findes de i den faste?

Nedbrydning af forbindelsen i dets ioner har vi: Ag ⁺, NH ₄ ⁺, CO ₃ ^2- og I ^-. Disse forbindes elektrostatisk efter forholdet 1: 2: 1: 1 (Ag ⁺: 2NH ₄ ⁺: CO ₃ ^2-: I ^-). Dette betyder, at mængden af NH ₄ ⁺ kationer er det dobbelte af Ag ⁺, CO ₃ ^2- og I ^- ioner.

- Øvelse 3

KBr er sammensat af K ⁺ og Br ^- ioner med en ladningsstørrelse. Derefter har CaS Ca ²⁺ og S ^2- ioner med ladninger med dobbelt styrke, så man kunne tro, at den ioniske binding i CaS er stærkere end i KBr; og også stærkere end Na ₂ SO ₄, da sidstnævnte er sammensat af Na ⁺ og SO ₄ ^2- ioner.

Både CaS og CuO kan have en lige så stærk ionbinding, da de begge indeholder ioner med dobbeltstørrelsesladninger. Dernæst har vi AlPO ₄, med Al ³⁺ og PO ₄ ^3- ioner. Disse ioner har tredobbelte størrelsesladninger, så den ioniske binding i AlPO ₄ skal være stærkere end i alle de tidligere indstillinger.

Og endelig har vi vinderen Pb ₃ P ₄, for hvis vi antager, at den består af ioner, bliver disse Pb ⁴⁺ og P ^3-. Deres ladninger har de højeste størrelser; og derfor Pb ₃ P ₄ er forbindelsen, der sandsynligvis har den stærkeste ionbinding.

Referencer

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi (8. udgave). CENGAGE Læring.
2. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kemi. (Fjerde udgave). Mc Graw Hill.
3. Wikipedia. (2020). Ionisk limning. Gendannet fra: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, ph.d. (11. februar 2020). Ionic vs kovalente obligationer - Forstå forskellen. Gendannes fra: thoughtco.com
5. Redaktørerne af Encyclopaedia Britannica. (31. januar 2020). Ionisk binding. Encyclopædia Britannica. Gendannes fra: britannica.com
6. Chemicool Dictionary. (2017). Definition af Ionic Bonding. Gendannes fra: chemicool.com