Wiązania jonowe i jonizacja definicja – istota wiązania jonowego, jonizacja - modele powstawania jonów na przykładzie NaCl kryształy jonowe przykłady wiązań jonowych, energia jonizacji i powinowactwo elektronowe, ∆E a % udział wiązań jonowych, charakter wiązań w wybranych tlenkach i wodorkach

Istota wiązania jonowego Wiązania w cząsteczkach powstających z atomów pierwiastków różniących się znacznie elektroujemnością (∆E > 1,7) czyli wiązania między atomami metali i niemetali są wiązaniami jonowymi Wiązanie jonowe polega na elektrostatycznym przyciąganiu się różnoimiennie naładowanych jonów, siły przyciągania jonów różnoimiennych są większe niż siły odpychania się jonów jednoimiennych, Związki jonowe w stałym stanie skupienia tworzą sieć krystaliczną – kryształy jonowe.

Analiza wiązania w cząsteczce NaCl: jonizacja – powstawanie jonu Na+ Jonizacja – przekształcenie się atomu Na w kation sodu: atom sodu aby osiągnąć niższy stan energetyczny (konfigurację elektronową najbliższego sobie helowca - neonu 1s22s22p6 – i oktet elektronowy) musi oddać jeden elektron z orbitalu 3s1 K2L8M1 + energia  K2L8 + + 1e- Na  Na+ + 1e- atom sodu kation sodu Atom tracący elektron (elektrony) przekształca się w jon dodatni – kation, który ma przewagę liczby protonów na liczbą elektronów, ładunek dodatni kationu jest równy liczbie oddanych elektronów. +11 +11

Analiza wiązania w cząsteczce NaCl: jonizacja – powstawanie jonu Cl- Jonizacja – przekształcenie się atomu Cl w anion chlorkowy: atom chloru aby osiągnąć niższy stan energetyczny (konfigurację elektronową najbliższego sobie helowca - argonu 1s22s22p63s23p6 – i oktet elektronowy) musi pobrać jeden elektron K2L8M7 + 1e-  K2L8M8 - ± energia Cl + 1e-  [ Cl ]- atom chloru anion chlorkowy Atom pobierając elektron (elektrony) przekształca się w jon ujemny – anion, który ma przewagę liczby elektronów na liczbą protonów, ładunek ujemny anionu jest równy liczbie pobranych elektronów. +17 +17

Analiza wiązania w cząsteczce NaCl Wzór elektronowy Na + Cl Na+[ Cl ]- Kryształ jonowy NaCl ( sieć krystaliczna), w kryształach jonowych, z reguły każdy kation jest otoczony 6 anionami, a każdy anion jest otoczony 6 kationami kation sodu anion chlorkowy + - + - + - - + - +

Wiązania jonowe – przykłady K2O : ∆E = 3,5 – 0,9 = 2,6 K + O + K  K+ [ O ]2-K+ CaBr2: ∆E = 2,8– 1,0 = 1,8 Br + Ca + Br  [ Br ]-Ca2+[ Br ]- Cs2S: ∆E = 2,5 – 0,7 = 1,8 Cs + S + Cs  Cs+[ S ]2-Cs+

Wiązania jonowe – przykłady cd BaO: ∆E = 3,5 – 0,9 = 2,6 Ba + O  Ba2+ [ O ]2- AlF3: ∆E = 4,0 – 1,5 = 2,5 F + Al + F +  Al3+ [ F ]3- F

Wiązania jonowe – przykłady cd KH: ∆E = 2,1 – 0,9 = 1,2 K + H  K+ [ H ]- CaH2: ∆E = 2,1 – 1,0 = 1,1 H + Ca + H  Ca2+ + [ H ]2- Uwaga: Wodorki litowców i wapniowców należy traktować jako związki jonowe mimo niespełnienia warunku ∆E ≥ 1,7. HF nie jest związkiem jonowym mimo spełnienia warunku ∆E ≥ 1,7, ponieważ nie tworzy kryształów jonowych.

Energia jonizacji Energia jonizacji – energia niezbędna do oderwania jednego lub kilku elektronów od atomu w stanie podstawowym. Pierwiastek / jon I energia jonizacji kJ/mol Li/Li+ 520 Be/Be+ 899 He/He+ 2373 Na/Na+ 496 Mg/Mg+ 738 Ne/Ne+ 2080 B/B+ 801 C/C+ 1086 Ar/Ar+ 1521 Al/Al+ 578 Si/Si+ 786 Kr/Kr+ 1350 N/N+ 1402 O/O+ 1314 Xe/Xe+ 1170 P/P+ 1012 S/S+ 999 Rn/Rn+ 1036

Energia powinowactwa elektronowego Energia powinowactwa elektronowego – efekt energetyczny (energię pobraną przez atom lub przekazaną do otoczenia przez atom), który towarzyszy przyłączenia elektronu do atomu. Pierwiastek / jon I energia jonizacji kJ/mol Li/Li- 60 S/S- 200 Na/Na- 53 Cl/Cl- 349 Al/Al- 42 F/F- 328 Si/Si- 134 Br/Br- 325 P/P- 72 I/I- 295

Obliczenie % udziału wiązań jonowych w cząsteczce W przypadku wiązań pojedynczych procentowy udział wiązań jonowych w cząsteczce A – B można obliczyć w przybliżeniu z wyrażenia: % = 16 ∙ | xA – xB | + 3,5 ∙ | xA – xB |2 gdzie: xA i xB – elektroujemność pierwiastka w skali Paulinga | xA – xB | - wartość bezwzględna różnicy elektroujemności Przykłady KF / ∆E = 3,2 % = 16 ∙ |0,8 – 4,0| + 3,5 ∙ |0,8 – 4,0|2 = 87,04 CsH / ∆E = 1,4 % = 16 ∙ |0,7 – 2,1| + 3,5 ∙ |0,7 – 2,1|2 = 29,26 Rzeczywisty charakter wiązania jonowego wynika nie tylko z ∆E, ale również z promieni atomowych / jonowych: np. w przypadku HF % udział wiązań jonowych powinien wynosić 59% a w rzeczywistości wiązania jonowe stanowią 45%.

∆E a % udział wiązań jonowych *% 0,1 0,5 1,2 30,0 2,3 74,0 0,2 1,0 1,3 34,0 2,4 76,0 0,3 2,0 1,4 39,0 2,5 79,0 0,4 4,0 1,5 43,0 2,6 82,0 6,0 1,6 47,0 2,7 84,0 0,6 9,0 1,7 51,0 2,8 86,0 0,7 12,0 1,8 55,0 2,9 88,0 0,8 15,0 1,9 59,0 3,0 89,0 0,9 19,0 63,0 3,1 91,0 22,0 2,1 67,0 3,2 92,0 1,1 26,0 2,2 70,0 *Zależność przybliżona

Charakter wiązań w wybranych tlenkach Tlenek Na2O MgO Al2O3 SiO2 P4O10 SO3 Cl2O7 ∆E 2,6 2,3 2,0 1,7 1,4 1,0 0,5 % wiązań jonowych 82 74 63 5,1 39 22 6 Rodzaj wiązania w tlenku jonowe kowalencyjne spolaryzowanie Uwaga: rodzaj wiązań i tym samym charakter chemiczny tlenków zmienia się wraz ze wzrostem stopnia utlenienia ( wraz ze wzrostem liczby atomów tlenu w cząsteczce tlenku), wraz ze wzrostem stopnia utlenienia spada udział wiązań jonowych, a wzrasta udział wiązań kowalencyjnych w cząsteczce: MnO Mn2O3 MnO2 Mn2O7 kierunek wzrostu udziału wiązań kowalencyjnych

Charakter wiązań w wybranych związków z wodorem Wodorek *NaH MgH2 AlH3 SiH4 **PH3 H2S HCl ∆E 1,2 0,9 0,6 0,3 0,0 0,4 % wiązań jonowych 30 19 9 2 4 Rodzaj wiązania w tlenku kowalencyjne spolaryzowanie Uwaga: * wodorek sodu oraz wodorki litowców i wapniowców w rzeczywistości są związkami jonowymi (tworzą kryształy jonowe a anionem H-, **fosfina (fosforiak) jest związkiem o wiązaniach kowalencyjnych spolaryzowanych ze względu na znaczną różnicę w promieniu atomowym atomu fosforu i atomów wodoru, wykazuje bardzo słabe właściwości zasadowe (analogicznie do kationu NH4+) : PH3(g) + H2O(c) ↔ PH4+(c) + OH-(c)