Звідси перша властивість іонного зв’язку – ненасичений зв’язок.
Основи хімії
Звідси перша властивість іонного зв'язку – ненасичений зв'язок.
Ненасичуваність іонного зв'язку призводить до того, що всі іонні сполуки кристалічні речовини з високими температурами плавлення та кипіння. Тільки кристалічному з'єднанні з допомогою утворення певної кристалічної решітки, у якій кожен іон оточений поруч іонів протилежного знака, відбувається компенсація силових ліній. Кристалічна решітка NaCl побудована з двох гранецентрованих кубічних грат, що складаються одна з іонів Na+, інша з іонів Сl-, зрушених одна в іншу на половину ребра куба. Число, що показує, скільки іонів протилежного знака оточує цей іон кристалі, називається координаційним числом. Координаційне число залежить від розмірів іонів та визначається співвідношенням радіусів іонів. Так, при співвідношенні радіусів іонів в межах 0,41-0,73 воно дорівнює 6, а при співвідношенні радіусів іонів 0,73-1,37 координаційне число дорівнює 8. Координаційне число решітки NaCl дорівнює 6, це означає, що іон натрію ( в кристалі NaCl) оточує шість іонів хлору і навпаки іон хлору оточує шість іонів натрію.
Коли ми зображаємо хлорид натрію (кухонну сіль) символом NaCl, ми допускаємо певну неточність. Слід було б писати NaCl-кристал або (NaCl)n. Навіть у пароподібному стані хлорид натрію поряд з одинарними молекулами присутні асоціати (NaCl)2 та (NaCl)3.
Друга властивість іонного зв'язку полягає в тому, що вона ненаправлена. Не можна вказати напрямок, яким іон хлору підходить до іону натрію, в кожного іона всі напрями рівноцінні, і з будь-якої сторони один іон може підійти до іншого. Якщо порівняти з ковалентним зв'язком, у ковалентних молекулах взаємодія між атомами відбувається у напрямкупоширення електронної хмари та ковалентні молекули мають певну геометричну конфігурацію, іонні молекули такої властивості не мають.
Як було сказано, речовини, утворені іонними молекулами, за звичайних умов є твердими кристалічними речовинами з високими температурами плавлення. (tпл NaCl - 800 0C; tпл NaF - 995 0C). Це свідчить про міцність зв'язку у кристалі. Енергія іонного зв'язку (Есв(іон.)) велика. Крім енергії електростатичної взаємодії Ее, енергія зв'язку (Есв) включає енергію спорідненості до електрона (Еср) неметалу і енергію іонізації атома металу (I). Розрахунок показує, що енергія іонного зв'язку молекули NaCl дорівнює 422,6 кДж/моль.
ЕNaCl = Ее - Еср + I = 5,7-5,1 +3,7 = 4,3 еВ = 422,6 кДж / моль.
Але перш, ніж розірвати зв'язок між атомами в молекулі NaCl, необхідно зруйнувати кристалічні ґрати цієї речовини. Отже, потрібна додаткова витрата енергії. Розрахунки показують, енергія кристалічних ґрат (NaCl)n дорівнює 764 кДж/моль.
Іонна зв'язок виникає як між простими іонами, вона реалізується і між складними іонами: катіонами NH4+, [Cu(NH3)4]+ і аніонами NO3-, SO42-, CO32-, [PtCl6]2-т.д.
За одиницю валентності атомів в іонних сполуках приймають одиничний заряд іона. Наприклад, в іонній молекулі NaCl атом натрію має заряд (+1), а атом хлору (-1). Отже, обидва атоми одновалентні.
4.5. Донорно – акцепторний зв'язок.
Розглядаючи ковалентний зв'язок, з'ясували, що він утворюється в результаті перекриття одноелектронних хмар валентних взаємодіючих атомів. Так, атом азоту взаємодіє трьома одноелектронними хмарами, наприклад з трьома атомами водню, утворюючи молекулу аміаку NH3. H
Але атом азоту має на зовнішньомуквантовому рівні ще два електрони, розташованих на 2s-підрівні, і для їх розпарювання у атома можливості немає. Постає питання: чи може пара електронів, що знаходяться на 2s-орбіталі, утворювати хімічний зв'язок? Виявляється, що може. Але для цього потрібні певні умови, а саме наявність вільної орбіталі.
Така взаємодія, тобто. взаємодію за рахунок пари електронів (її називають “неподіленою”) одного атома та вільної орбіталі іншого атома називають донорно-акцепторним, а хімічний зв'язок, утворений за допомогою цієї взаємодії – донорно – акцепторним зв'язком.
Отже, необхідною умовою для утворення донорно-акцепторного зв'язку є наявність неподіленої електронної пари одного атома (молекули) і вільної орбіталі іншого атома (молекули). Неподілена пара донора займає вільну орбіталь акцептора. Утворюється двоелектронна орбіталь, яка обслуговує обидва атоми (атом донора та атом акцептора).
Якщо звернутися до аміаку, то молекула NH3 може утворювати донорно - акцепторним зв'язком з будь-якою іншою молекулою, у якої атоми мають вільні орбіталі.
Наприклад, NH3 легко взаємодіє з молекулою HCl. У полярній молекулі HCl загальна електронна пара (область перекривання орбіталей) сильно зміщена у бік більш негативного атома хлору. При цьому орбіталь атома водню практично вільна і може приймати електронну пару донора (атома азоту) утворюючи додатковий зв'язок. H H
H – N: + H:Cl H – N: HCl
В результаті донорно – акцепторної взаємодії двох нейтральних молекул NH3 та HCl виходить нова сполука – хлорид амонію.
H донорно – акцепторний зв'язок.
Донорно - акцепторний зв'язок зазвичай позначають пунктирною лінією (- - -).
За донорно-акцепторним принципом легко взаємодіють такі дві нейтральні молекули: BF3 та HF. У бора є вільна орбіталь на 2р-підрівні, а фтор неподілена пара електронів. Бор є акцептором, а фтор – донором.
F - B + :F - H F - B : F H +. Утворюється складний (комплексний)
Нова складніша молекула Н[BF4] увібрала у собі три виду зв'язків: між комплексним аніоном BF4– і катіоном H+ – іонний зв'язок. У аніоні BF4– три фтору з'єднані з бором за ковалентним принципом, а четвертий фтор – пов'язані з бором у вигляді донорно – акцепторного взаємодії. F –
Як очевидно з розглянутих прикладів донорно – акцепторна зв'язок поєднує прості молекули у комплекси. Наприклад, ZnSO4 легко взаємодіє з аміаком з утворенням комплексної сполуки – сульфату тетрааммінцинку.
ZnSO4 + 4NH3 = [Zn(NH3) 4]SO4
Поряд з міжмолекулярним, донорно – акцепторний зв'язок іноді зустрічається як додатковий зв'язок усередині однієї молекули (внутрішньомолекулярний)
Розглянемо два приклади:
У незбудженому стані атом вуглецю має два неспарені електрони на р-підрівні і вільну р-орбіталь. Атом кисню на р-підрівні містить два неспарені електрони і одну електронну пару.