Una sostanza formata da un legame chimico ionico. Riassunto: Legame ionico

Definizione 1

Quando si studia la struttura di una molecola, sorge la domanda sulla natura delle forze che forniscono la connessione tra gli atomi neutri che compongono la loro composizione. Vengono chiamati tali legami tra gli atomi in una molecola legame chimico.

Classificato in due tipologie:

• legame ionico;
• legame covalente.

La divisione viene effettuata in modo condizionato. La maggior parte dei casi è caratterizzata dalla presenza di caratteristiche di entrambi i tipi di connessioni. Con l'aiuto di studi dettagliati ed empirici è possibile stabilire caso per caso la relazione tra grado di “ionicità” e “covalenza” del legame.

È stato dimostrato sperimentalmente che quando una molecola viene separata nei suoi atomi costituenti è necessario compiere del lavoro. Cioè, il processo della sua formazione deve essere accompagnato dal rilascio di energia. Se due atomi di idrogeno sono allo stato libero, hanno un'energia maggiore rispetto agli atomi di una molecola biatomica di H 2. L'energia rilasciata durante la formazione di una molecola è considerata una misura del lavoro delle forze di interazione che legano gli atomi in una molecola.

Gli esperimenti dimostrano che la comparsa della forza di interazione tra gli atomi è dovuta alla presenza di elettroni di valenza esterni degli atomi. Ciò è possibile a causa di un brusco cambiamento nello spettro ottico degli atomi che entrano nelle reazioni chimiche mantenendo lo spettro caratteristico dei raggi X degli atomi senza modifiche, indipendentemente dal tipo di composto chimico.

Gli spettri ottici delle linee sono determinati dallo stato degli elettroni di valenza e la radiazione X caratteristica viene determinata utilizzando gli elettroni interni, cioè il loro stato. Le interazioni chimiche coinvolgono gli elettroni, che richiedono poca energia per subire i loro cambiamenti. Gli elettroni esterni hanno questa funzione. Hanno un potenziale di ionizzazione inferiore rispetto agli elettroni nei gusci interni.

Legame ionico

Esiste un presupposto sulla natura del legame chimico degli atomi in una molecola, che indica l'emergere di una forza di interazione di natura elettrica tra gli elettroni esterni. Per soddisfare la condizione di stabilità, devono esserci due atomi interagenti con cariche elettriche di segno opposto. Il tipo di legame chimico può essere realizzato solo in alcune molecole. Dopo l'interazione degli atomi, avviene la trasformazione in ioni. Quando un atomo acquista uno o più elettroni diventa uno ione negativo e l'altro diventa uno ione positivo.

Il legame ionico è simile alle forze di attrazione tra cariche di segno opposto. Se lo ione sodio caricato positivamente N a + viene attratto dal cloro negativo C l -, otteniamo la molecola N a Cl, che funge da chiaro esempio di legame ionico.

Definizione 2

In altre parole, legame chimico ionico chiamato eteropolare (etero - diverso). Molecole e tipi di legami ionici: molecole ioniche o eteropolari.

Il concetto di legame ionico non consente di spiegare le strutture e le strutture di tutte le molecole. È inspiegabile il motivo per cui una molecola può essere formata da due atomi di idrogeno neutri. A causa della identica polarità degli atomi di idrogeno non è accettabile supporre che uno degli ioni idrogeno abbia una carica positiva e l'altro una carica negativa. Il legame che hanno gli atomi di idrogeno (tra atomi neutri) può essere spiegato solo dalla meccanica quantistica. Si chiama covalente.

Legame covalente

Viene chiamato un legame chimico tra atomi neutri in una molecola covalente o omeopolare(homeo – stesso). Le molecole formate sulla base di tali legami sono chiamate omeopolari o atomiche.

La fisica classica considera solo un tipo di interazione in cui è possibile la sua implementazione tra due corpi: la gravità. Poiché le forze gravitazionali sono piccole, è difficile spiegare l'interazione in una molecola omeopolare con il loro aiuto.

Un legame covalente consiste nell'essere in un certo stato quantico con una certa energia di un elettrone nel campo del nucleo. Se le distanze tra i nuclei cambiano, ciò si riflette nello stato di movimento dell'elettrone e nella sua energia. Man mano che l'energia tra gli atomi diminuisce, aumenta l'energia di interazione tra i nuclei, il che si spiega con l'azione della forza repulsiva.

Quando l'energia dell'elettrone diminuisce con la diminuzione della distanza più velocemente di quanto aumenta l'energia dell'interazione nucleare, il valore dell'energia totale del sistema diminuisce in modo significativo. Ciò si spiega con l'azione di forze che tendono a ridurre la distanza tra i nuclei in un sistema composto da due nuclei repulsivi e un elettrone. Le forze attrattive esistenti sono coinvolte nella generazione di un legame covalente della molecola. La loro comparsa è provocata dalla presenza di un elettrone comune, in altre parole, a causa dello scambio elettronico tra atomi, il che significa che sono considerate forze quantistiche di scambio.

Un legame covalente ha la proprietà della saturazione. La sua manifestazione è possibile a causa di una certa valenza degli atomi. Cioè, un atomo di idrogeno si lega con un atomo di idrogeno e un atomo di carbonio con non più di 4 atomi di idrogeno.

La connessione proposta contribuisce alla spiegazione della valenza degli atomi, che non è stata accettata nella fisica classica. Cioè, la proprietà di saturazione non è chiara dal punto di vista della natura dell'interazione nella teoria classica.

La presenza di legami covalenti si osserva non solo nelle molecole biatomiche. È caratteristico di un gran numero di molecole di composti inorganici (ossido nitrico, ammoniaca e altri).

Nel 1927, W. Heitler e F. London crearono una teoria quantitativa del legame covalente per la molecola di idrogeno, basata sui concetti della meccanica quantistica. Hanno dimostrato la ragione che provoca la comparsa di una molecola con un legame covalente, vale a dire: l'effetto quantomeccanico associato all'indistinguibilità degli elettroni. La determinazione dell'energia di legame principale avviene in presenza di un integrale di scambio. Lo spin totale di una molecola di idrogeno è 0, non ha momento orbitale, quindi è diamagnetico. Quando due atomi di idrogeno si scontrano, una molecola appare solo quando gli spin di entrambi gli elettroni sono paralleli. Questa condizione favorisce la repulsione degli atomi di idrogeno, il che significa che le molecole non saranno in grado di formarsi.

Quando due atomi identici sono collegati da un legame covalente, la disposizione della nube elettronica nella molecola diventa simmetrica. Se un legame unisce due atomi diversi, la nuvola di elettroni si trova in posizione asimmetrica. Una molecola con una distribuzione asimmetrica della nuvola elettronica ha un momento dipolare permanente, cioè è polare. Quando la probabilità di localizzare un elettrone vicino a uno degli atomi prevale sulla probabilità di trovare questo elettrone vicino a un altro atomo, avviene una transizione da un legame covalente a un legame ionico. Non esiste un confine chiaro tra legami ionici e covalenti.

Esempio 1

Descrivi lo stato in cui due atomi si avvicinano.

Soluzione

Quando la distanza tra due atomi si riduce possono verificarsi diverse situazioni:

1. Una coppia di elettroni o più vengono condivisi tra gli atomi in questione. Possono spostarsi tra gli atomi e rimanervi più a lungo che in altri luoghi. Questo aiuta a creare una forza di attrazione.
2. L'emergere di legami ionici. Uno o più elettroni sono in grado di spostarsi verso un altro. Cioè, ciò contribuisce alla comparsa di ioni positivi e negativi attraenti.
3. Non si verifica alcuna connessione. Le strutture elettroniche dei due atomi si sovrappongono e formano un unico sistema. Secondo il principio di Pauli, un tale sistema è inappropriato solo per lo stato quantistico di due elettroni. Quando si passa a un livello energetico più elevato, il sistema riceverà più energia, il che porterà all'instabilità. Anche se il principio di Pauli è soddisfatto, senza aumentare l'energia del sistema, si formerà una forza di repulsione elettrica tra i diversi elettroni. Secondo la condizione l'influenza sulla creazione della connessione è molto minore rispetto al principio di Pauli.

Esempio 2

L'energia di ionizzazione (potenziale di ionizzazione) di un elemento è l'energia necessaria per rimuovere un elettrone da un atomo. È considerato una misura della forza di legame dell'elettrone o degli elettroni esterni. Spiega perché l'energia di ionizzazione del litio è maggiore di quella del sodio, il sodio è maggiore del potassio e il potassio è maggiore del rubidio.

Soluzione

Tutti gli elementi di cui sopra hanno le proprietà dei metalli alcalini e appartengono al primo gruppo. Ciascuno dei loro atomi ha un singolo elettrone esterno nello stato s. Gli elettroni dei gusci interni schermano parzialmente l'elettrone esterno dalla carica nucleare + Z q e come conseguenza della carica effettiva che trattiene l'elettrone esterno pari a + q e . Per rimuovere un elettrone esterno da un tale atomo, è necessario lavorare per trasformare gli atomi di metalli alcalini in ioni positivi. Maggiore è la dimensione dell'atomo, maggiore è la distanza dell'elettrone di valenza dal nucleo, ma minore è la sua forza di attrazione. Questo gruppo è caratterizzato da una diminuzione dell'energia di ionizzazione dall'alto verso il basso secondo la tavola periodica di Mendeleev. La sua crescita in ciascun periodo da sinistra a destra è associata ad un aumento di carica e ad un numero costante di elettroni schermanti interni.

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Caratteristiche dei legami chimici

La dottrina del legame chimico costituisce la base di tutta la chimica teorica. Un legame chimico è inteso come l'interazione degli atomi che li lega in molecole, ioni, radicali e cristalli. Esistono quattro tipi di legami chimici: ionico, covalente, metallico e idrogeno. Nelle stesse sostanze si possono trovare diversi tipi di legami.

1. Nelle basi: tra gli atomi di ossigeno e idrogeno nei gruppi idrossi il legame è covalente polare, e tra il metallo e il gruppo idrossi è ionico.

2. Nei sali di acidi contenenti ossigeno: tra l'atomo non metallico e l'ossigeno del residuo acido - covalente polare, e tra il metallo e il residuo acido - ionico.

3. Nei sali di ammonio, metilammonio, ecc., tra gli atomi di azoto e idrogeno c'è un covalente polare, e tra gli ioni ammonio o metilammonio e il residuo acido - ionico.

4. Nei perossidi metallici (ad esempio Na 2 O 2), il legame tra gli atomi di ossigeno è covalente, non polare e tra il metallo e l'ossigeno è ionico, ecc.

La ragione dell'unità di tutti i tipi e tipi di legami chimici è la loro identica natura chimica: l'interazione elettrone-nucleare. La formazione di un legame chimico in ogni caso è il risultato dell'interazione elettrone-nucleare degli atomi, accompagnata dal rilascio di energia.

Metodi per formare un legame covalente

Legame chimico covalenteè un legame che nasce tra gli atomi a causa della formazione di coppie di elettroni condivisi.

I composti covalenti sono solitamente gas, liquidi o solidi con punto di fusione relativamente basso. Una delle rare eccezioni è il diamante, che fonde a una temperatura superiore a 3.500 °C. Ciò è spiegato dalla struttura del diamante, che è un reticolo continuo di atomi di carbonio legati covalentemente e non un insieme di singole molecole. In effetti, qualsiasi cristallo di diamante, indipendentemente dalle sue dimensioni, è un'enorme molecola.

Un legame covalente si verifica quando gli elettroni di due atomi non metallici si combinano. La struttura risultante è chiamata molecola.

Il meccanismo di formazione di tale legame può essere di scambio o donatore-accettore.

Nella maggior parte dei casi, due atomi legati covalentemente hanno elettronegatività diversa e gli elettroni condivisi non appartengono equamente ai due atomi. Nella maggior parte dei casi sono più vicini a un atomo che a un altro. In una molecola di acido cloridrico, ad esempio, gli elettroni che formano un legame covalente si trovano più vicini all'atomo di cloro perché la sua elettronegatività è superiore a quella dell'idrogeno. Tuttavia, la differenza nella capacità di attrarre gli elettroni non è abbastanza grande da consentire il trasferimento completo degli elettroni dall'atomo di idrogeno all'atomo di cloro. Pertanto, il legame tra gli atomi di idrogeno e di cloro può essere considerato come un incrocio tra un legame ionico (trasferimento completo di elettroni) e un legame covalente non polare (una disposizione simmetrica di una coppia di elettroni tra due atomi). La carica parziale sugli atomi è indicata con la lettera greca δ. Un tale legame è chiamato legame covalente polare e la molecola di acido cloridrico è detta polare, cioè ha un'estremità caricata positivamente (atomo di idrogeno) e un'estremità caricata negativamente (atomo di cloro).

1. Il meccanismo di scambio funziona quando gli atomi formano coppie di elettroni condivisi combinando elettroni spaiati.

1) H 2 - idrogeno.

Il legame si verifica a causa della formazione di una coppia di elettroni comune da parte degli elettroni s degli atomi di idrogeno (orbitali s sovrapposti).

2) HCl - acido cloridrico.

Il legame si verifica a causa della formazione di una coppia elettronica comune di elettroni s e p (orbitali s-p sovrapposti).

3) Cl 2: In una molecola di cloro, un legame covalente si forma a causa di elettroni p spaiati (orbitali p-p sovrapposti).

4) N ​​​​2: Nella molecola di azoto si formano tre coppie di elettroni comuni tra gli atomi.

Meccanismo donatore-accettore di formazione del legame covalente

Donatore ha una coppia di elettroni accettore- orbitale libero che questa coppia può occupare. Nello ione ammonio, tutti e quattro i legami con gli atomi di idrogeno sono covalenti: tre si sono formati a causa della creazione di coppie di elettroni comuni da parte dell'atomo di azoto e degli atomi di idrogeno secondo il meccanismo di scambio, uno attraverso il meccanismo donatore-accettore. I legami covalenti sono classificati in base al modo in cui gli orbitali elettronici si sovrappongono, nonché in base al loro spostamento verso uno degli atomi legati. Vengono chiamati legami chimici formati come risultato della sovrapposizione degli orbitali elettronici lungo una linea di legame σ - connessioni(legami sigma). Il legame sigma è molto forte.

Gli orbitali p possono sovrapporsi in due regioni, formando un legame covalente attraverso la sovrapposizione laterale.

I legami chimici formati come risultato della sovrapposizione “laterale” degli orbitali elettronici al di fuori della linea di legame, cioè in due regioni, sono chiamati legami pi.

A seconda del grado di spostamento delle coppie di elettroni comuni rispetto a uno degli atomi che collegano, un legame covalente può essere polare o non polare. Un legame chimico covalente che si forma tra atomi con la stessa elettronegatività è detto non polare. Le coppie di elettroni non vengono spostate verso nessuno degli atomi, poiché gli atomi hanno la stessa elettronegatività, la proprietà di attrarre elettroni di valenza da altri atomi. Per esempio,

cioè, le molecole di semplici sostanze non metalliche si formano attraverso un legame covalente non polare. Un legame chimico covalente tra atomi di elementi la cui elettronegatività diversa è chiamato polare.

Ad esempio, NH 3 è ammoniaca. L'azoto è un elemento più elettronegativo dell'idrogeno, quindi le coppie di elettroni condivisi vengono spostate verso il suo atomo.

Caratteristiche di un legame covalente: lunghezza ed energia del legame

Le proprietà caratteristiche di un legame covalente sono la sua lunghezza e la sua energia. La lunghezza del legame è la distanza tra i nuclei atomici. Quanto più breve è la lunghezza di un legame chimico, tanto più forte è. Tuttavia, una misura della forza del legame è l’energia del legame, che è determinata dalla quantità di energia richiesta per rompere il legame. Di solito viene misurato in kJ/mol. Pertanto, secondo i dati sperimentali, le lunghezze di legame delle molecole di H 2, Cl 2 e N 2 sono rispettivamente 0,074, 0,198 e 0,109 nm, e le energie di legame rispettivamente sono 436, 242 e 946 kJ/mol.

Ioni. Legame ionico

Ci sono due possibilità principali affinché un atomo obbedisca alla regola dell'ottetto. Il primo di questi è la formazione di legami ionici. (Il secondo è la formazione di un legame covalente, di cui parleremo più avanti). Quando si forma un legame ionico, un atomo metallico perde elettroni e un atomo non metallico acquista elettroni.

Immaginiamo che due atomi “si incontrino”: un atomo di un metallo del gruppo I e un atomo non metallico del gruppo VII. Un atomo di metallo ha un singolo elettrone al suo livello energetico esterno, mentre a un atomo non metallico manca solo un elettrone affinché il suo livello esterno sia completo. Il primo atomo darà facilmente al secondo il suo elettrone, che è lontano dal nucleo e ad esso debolmente legato, e il secondo gli fornirà un posto libero nel suo livello elettronico esterno. Quindi l'atomo, privato di una delle sue cariche negative, diventerà una particella carica positivamente, e la seconda si trasformerà in una particella carica negativamente a causa dell'elettrone risultante. Tali particelle sono chiamate ioni.

Questo è un legame chimico che si verifica tra gli ioni. I numeri che mostrano il numero di atomi o molecole sono chiamati coefficienti, mentre i numeri che mostrano il numero di atomi o ioni in una molecola sono chiamati indici.

Collegamento in metallo

I metalli hanno proprietà specifiche che differiscono dalle proprietà di altre sostanze. Tali proprietà sono temperature di fusione relativamente elevate, capacità di riflettere la luce ed elevata conduttività termica ed elettrica. Queste caratteristiche sono dovute all'esistenza di un tipo speciale di legame nei metalli: il legame metallico.

Il legame metallico è un legame tra ioni positivi nei cristalli metallici, effettuato a causa dell'attrazione degli elettroni che si muovono liberamente attraverso il cristallo. Gli atomi della maggior parte dei metalli al livello esterno contengono un piccolo numero di elettroni: 1, 2, 3. Questi elettroni venire via facilmente e gli atomi si trasformano in ioni positivi. Gli elettroni distaccati si spostano da uno ione all'altro, legandoli in un unico insieme. Collegandosi con gli ioni, questi elettroni formano temporaneamente atomi, quindi si staccano di nuovo e si combinano con un altro ione, ecc. Si verifica un processo infinito, che può essere rappresentato schematicamente come segue:

Di conseguenza, nel volume del metallo, gli atomi vengono continuamente convertiti in ioni e viceversa. Il legame nei metalli tra ioni attraverso gli elettroni condivisi è chiamato metallico. Il legame metallico presenta alcune somiglianze con il legame covalente, poiché si basa sulla condivisione di elettroni esterni. Tuttavia, con un legame covalente, vengono condivisi gli elettroni spaiati esterni solo di due atomi vicini, mentre con un legame metallico tutti gli atomi partecipano alla condivisione di questi elettroni. Questo è il motivo per cui i cristalli con un legame covalente sono fragili, ma con un legame metallico, di regola, sono duttili, elettricamente conduttivi e hanno una lucentezza metallica.

Il legame metallico è caratteristico sia dei metalli puri che delle miscele di vari metalli - leghe allo stato solido e liquido. Tuttavia, allo stato di vapore, gli atomi metallici sono collegati tra loro da un legame covalente (ad esempio, il vapore di sodio riempie le lampade a luce gialla per illuminare le strade delle grandi città). Le coppie di metalli sono costituite da singole molecole (monatomiche e biatomiche).

Un legame metallico differisce anche da un legame covalente per forza: la sua energia è 3-4 volte inferiore all'energia di un legame covalente.

L'energia di legame è l'energia necessaria per rompere un legame chimico in tutte le molecole che compongono una mole di una sostanza. Le energie dei legami covalenti e ionici sono generalmente elevate e ammontano a valori dell'ordine di 100-800 kJ/mol.

Legame idrogeno

Legame chimico tra atomi di idrogeno polarizzati positivamente di una molecola(o parti di esso) e atomi polarizzati negativamente di elementi altamente elettronegativi avendo coppie di elettroni condivise (F, O, N e meno spesso S e Cl), un'altra molecola (o parti di essa) è chiamata idrogeno. Il meccanismo di formazione del legame idrogeno è in parte elettrostatico, in parte d carattere onoratore-accettante.

Esempi di legami idrogeno intermolecolari:

In presenza di tale connessione, anche le sostanze a basso peso molecolare possono, in condizioni normali, essere liquidi (alcol, acqua) o gas facilmente liquefatti (ammoniaca, acido fluoridrico). Nei biopolimeri - proteine ​​(struttura secondaria) - esiste un legame idrogeno intramolecolare tra l'ossigeno carbonilico e l'idrogeno del gruppo amminico:

Le molecole di polinucleotidi - DNA (acido desossiribonucleico) - sono doppie eliche in cui due catene di nucleotidi sono collegate tra loro da legami idrogeno. In questo caso opera il principio di complementarità, cioè questi legami si formano tra alcune coppie costituite da basi puriniche e pirimidiniche: la timina (T) si trova di fronte al nucleotide di adenina (A) e la citosina (C) si trova di fronte. la guanina (G).

Le sostanze con legami idrogeno hanno reticoli cristallini molecolari.

7.1. Cosa sono i legami chimici

Nei capitoli precedenti hai conosciuto la composizione e la struttura degli atomi isolati di vari elementi e ne hai studiato le caratteristiche energetiche. Ma nella natura che ci circonda gli atomi isolati sono estremamente rari. Gli atomi di quasi tutti gli elementi "tendono" a combinarsi per formare molecole o altre particelle chimiche più complesse. Si dice comunemente che in questo caso si creino legami chimici tra gli atomi.

Gli elettroni sono coinvolti nella formazione dei legami chimici. Imparerai come ciò accade studiando questo capitolo. Ma prima dobbiamo rispondere alla domanda sul perché gli atomi formano legami chimici. Possiamo rispondere a questa domanda anche senza sapere nulla sulla natura di queste connessioni: “Perché è energeticamente benefico!” Ma, rispondendo alla domanda da dove proviene il guadagno di energia quando si formano i legami, cercheremo di capire come e perché si formano i legami chimici.

Proprio come la struttura elettronica degli atomi, la chimica quantistica studia i legami chimici in dettaglio e in modo rigorosamente scientifico, e tu ed io possiamo solo trarre vantaggio da alcune delle conclusioni più importanti raggiunte dagli scienziati. In questo caso per descrivere i legami chimici utilizzeremo uno dei modelli più semplici, che prevede l'esistenza di tre tipi di legami chimici (ionico, covalente e metallico).

Ricorda: puoi utilizzare qualsiasi modello con competenza solo conoscendo i limiti di applicabilità di questo modello. Anche il modello che utilizzeremo ha i suoi limiti di applicabilità. Ad esempio, nell'ambito di questo modello è impossibile descrivere i legami chimici nelle molecole di ossigeno, nella maggior parte dei boroidruri e in alcune altre sostanze. Modelli più complessi vengono utilizzati per descrivere i legami chimici in queste sostanze.

1. Se gli atomi che vengono legati hanno dimensioni molto diverse, allora gli atomi piccoli (incline ad accettare elettroni) prenderanno elettroni dagli atomi più grandi (incline a donare elettroni) e si formerà un legame ionico. L’energia di un cristallo ionico è inferiore all’energia degli atomi isolati, quindi un legame ionico si verifica anche quando l’atomo non riesce a completare completamente il suo guscio elettronico donando elettroni (può rimanere incompleto D- O F-sottolivello). Diamo un'occhiata agli esempi.

2. Se gli atomi legati sono piccoli( R o<1), то все они склонны принимать электроны, а отдавать их не склонны; поэтому отобрать друг у друга электроны такие атомы не могут. В этом случае связь между ними возникает за счет попарного обобществления неспаренных валентных электронов: один электрон одного атома и один электрон другого атома с разными спинами образуют пару электронов, принадлежащую обоим атомам и связывающую их. Так образуется legame covalente.
La formazione di un legame covalente nello spazio può essere pensata come la sovrapposizione di nubi elettroniche di elettroni di valenza spaiati di atomi diversi. In questo caso, una coppia di elettroni forma una nuvola elettronica comune che lega gli atomi. Maggiore è la densità elettronica nella regione di sovrapposizione, maggiore è l’energia rilasciata quando si forma un tale legame.
Prima di considerare gli esempi più semplici della formazione di un legame covalente, concordiamo di denotare gli elettroni di valenza di un atomo con punti attorno al simbolo di questo atomo, con una coppia di punti che rappresenta coppie di elettroni solitari e coppie di elettroni di un legame covalente, e singoli punti che rappresentano gli elettroni spaiati. Con questa designazione, la configurazione elettronica di valenza di un atomo, ad esempio il fluoro, sarà rappresentata dal simbolo, e quella di un atomo di ossigeno - . Vengono chiamate le formule costruite da tali simboli formule elettroniche o formule di Lewis (il chimico americano Gilbert Newton Lewis le propose nel 1916). In termini di quantità di informazioni trasmesse, le formule elettroniche appartengono al gruppo delle formule strutturali. Esempi di formazione di legami covalenti da parte di atomi:

3. Se gli atomi legati sono grandi ( R o > 1A), allora sono tutti più o meno inclini a cedere i propri elettroni, e la loro tendenza ad accettare gli elettroni degli altri è insignificante. Pertanto, anche questi grandi atomi non possono formare un legame ionico tra loro. Anche il legame covalente tra loro risulta essere sfavorevole, poiché la densità elettronica nelle grandi nubi elettroniche esterne è insignificante. In questo caso, quando una sostanza chimica si forma da tali atomi, gli elettroni di valenza di tutti gli atomi legati vengono condivisi (gli elettroni di valenza diventano comuni a tutti gli atomi) e si forma un cristallo metallico (o liquido) in cui gli atomi sono collegati da un legame metallico.

Come determinare quale tipo di legami formano gli atomi degli elementi in una determinata sostanza?
Secondo la posizione degli elementi nel sistema naturale degli elementi chimici, ad esempio:
1. Cloruro di cesio CsCl. L'atomo di cesio (gruppo IA) è grande e cede facilmente un elettrone, e l'atomo di cloro (gruppo VIIA) è piccolo e lo accetta facilmente, quindi il legame nel cloruro di cesio è ionico.
2. Anidride carbonica CO 2 . Gli atomi di carbonio (gruppo IVA) e di ossigeno (gruppo VIA) non hanno dimensioni molto diverse: entrambi sono piccoli. Differiscono leggermente nella tendenza ad accettare elettroni, quindi il legame nella molecola di CO 2 è covalente.
3. Azoto N2. Sostanza semplice. Gli atomi legati sono identici e piccoli, pertanto il legame nella molecola di azoto è covalente.
4. Calcio Ca. Sostanza semplice. Gli atomi legati sono identici e piuttosto grandi, quindi il legame nel cristallo di calcio è metallico.
5. Bario-tetraalluminio BaAl 4 . Gli atomi di entrambi gli elementi sono piuttosto grandi, soprattutto gli atomi di bario, quindi entrambi gli elementi tendono a cedere solo elettroni, quindi il legame in questo composto è metallico.

LEGAME IONICO, LEGAME COVALENTE, LEGAME METALLICO, CONDIZIONI DELLA LORO FORMAZIONE.
1.Qual è la ragione della connessione degli atomi e della formazione di legami chimici tra loro?
2.Perché i gas nobili non sono costituiti da molecole, ma da atomi?
3. Determinare il tipo di legame chimico nei composti binari: a) KF, K 2 S, SF 4 ; b) MgO, Mg 2 Ba, OF 2; c) Cu2O, CaSe, SeO2. 4. Determinare il tipo di legame chimico nelle sostanze semplici: a) Na, P, Fe; b) S 8, F 2, P 4; c) Mg, Pb, Ar.

7.Z. Ioni. Legame ionico

Nel paragrafo precedente ti sono stati presentati gli ioni, che si formano quando i singoli atomi accettano o donano elettroni. In questo caso, il numero di protoni nel nucleo atomico cessa di essere uguale al numero di elettroni nel guscio elettronico e la particella chimica acquisisce una carica elettrica.
Ma uno ione può contenere anche più di un nucleo, come in una molecola. Un tale ione è un unico sistema costituito da diversi nuclei atomici e un guscio elettronico. A differenza di una molecola, il numero totale di protoni nei nuclei non è uguale al numero totale di elettroni nel guscio elettronico, quindi alla carica elettrica dello ione.

Quali tipi di ioni esistono? Cioè, come possono differire?
In base al numero di nuclei atomici, gli ioni sono suddivisi in semplice(O monoatomico), cioè contenente un nucleo (ad esempio: K, O 2), e complesso(O poliatomico), contenente cioè più nuclei (ad esempio: CO 3 2, 3). Gli ioni semplici sono analoghi carichi degli atomi e gli ioni complessi sono analoghi carichi delle molecole.
In base al segno della loro carica gli ioni si dividono in cationi E anioni.

Esempi di cationi: K (ione potassio), Fe 2 (ione ferro), NH 4 (ione ammonio), 2 (ione rame tetraammina). Esempi di anioni: Cl (ione cloruro), N 3 (ione nitruro), PO 4 3 (ione fosfato), 4 (ione esacianoferrato).

In base al valore di carica, gli ioni sono suddivisi in colpo singolo(K, Cl, NH 4, NO 3, ecc.), doppia carica(Ca 2, O 2, SO 4 2, ecc.) tre caricatori(Al 3, PO 4 3, ecc.) e così via.

Quindi, chiameremo lo ione PO 4 3 un anione complesso a tripla carica, e lo ione Ca 2 un catione semplice a doppia carica.

Inoltre, gli ioni differiscono anche nelle loro dimensioni. La dimensione di uno ione semplice è determinata dal raggio di quello ione o raggio ionico. La dimensione degli ioni complessi è più difficile da caratterizzare. Il raggio di uno ione, come il raggio di un atomo, non può essere misurato direttamente (come capisci, lo ione non ha confini chiari). Pertanto, per caratterizzare gli ioni isolati che usano raggi ionici orbitali(gli esempi sono nella tabella 17).

Tabella 17. Raggi orbitali di alcuni ioni semplici

Si forma tra atomi con una grande differenza di elettronegatività (>1,5 sulla scala Pauling), in cui la coppia di elettroni condivisa passa preferenzialmente all'atomo con elettronegatività maggiore. Questa è l'attrazione degli ioni come corpi con carica opposta. Un esempio è il composto CsF, in cui il “grado di ionicità” è del 97%. Il legame ionico è un caso estremo di polarizzazione del legame polare covalente. Formato tra un tipico metallo e un non metallo. In questo caso, gli elettroni del metallo vengono completamente trasferiti al non metallo e si formano gli ioni.

$\backslash mathsf\; A\backslash cdot\; +\; \backslash cdot\; \backslash mathsf\; B\; \backslash to\; \backslash mathsf\; A^+\; [:\; \backslash mathsf\; B^-]$

Tra gli ioni risultanti si verifica un'attrazione elettrostatica, chiamata legame ionico. O meglio, questo look conviene. Infatti il ​​legame ionico tra atomi nella sua forma pura non si realizza da nessuna parte o quasi; di solito, infatti, il legame è in parte di natura ionica e in parte covalente; Allo stesso tempo, il legame di ioni molecolari complessi può spesso essere considerato puramente ionico. Le differenze più importanti tra i legami ionici e altri tipi di legami chimici sono la non direzionalità e la non saturazione. Questo è il motivo per cui i cristalli formati a causa di legami ionici gravitano verso vari impaccamenti densi degli ioni corrispondenti.

Caratteristiche Tali composti hanno una buona solubilità nei solventi polari (acqua, acidi, ecc.). Ciò si verifica a causa delle parti cariche della molecola. In questo caso, i dipoli del solvente sono attratti dalle estremità cariche della molecola e, a seguito del moto browniano, “fanno a pezzi” la molecola della sostanza e le circondano, impedendo loro di connettersi nuovamente. Il risultato sono ioni circondati da dipoli solventi.

Quando tali composti vengono sciolti, viene solitamente rilasciata energia, poiché l'energia totale dei legami solvente-ione formati è maggiore dell'energia del legame anione-catione. Le eccezioni sono molti sali di acido nitrico (nitrati), che assorbono calore quando disciolti (soluzioni fredde). Quest'ultimo fatto è spiegato sulla base delle leggi considerate in chimica fisica.

Esempio di formazione di legami ionici

Consideriamo il metodo di formazione usando l'esempio del cloruro di sodio NaCl. La configurazione elettronica degli atomi di sodio e cloro può essere rappresentata come segue: $\backslash mathsf(Na^(11)\; 1s^22s^22p^63s^1)$ E $\backslash mathsf(CI^(17)\; 1s^22s^22p^63s^23p^5)$. Questi sono atomi con livelli energetici incompleti. Ovviamente, per completarli, è più facile per un atomo di sodio cedere un elettrone che acquistarne sette, e per un atomo di cloro è più facile acquisire un elettrone che cederne sette. Durante un'interazione chimica, l'atomo di sodio cede completamente un elettrone e l'atomo di cloro lo accetta.

Schematicamente si può scrivere così:

$\backslash mathsf(Na-e\; \backslash rightarrow\; Na^+)$- ione sodio, guscio stabile a otto elettroni ( $\backslash mathsf(Na^(+)\; 1s^22s^22p^6)$) a causa del secondo livello energetico. $\backslash mathsf(CI+e\; \backslash rightarrow\; CI^-)$- Ione di cloro, guscio stabile a otto elettroni.

Tra ioni $\backslash mathsf(Na^+)$ E $\backslash mathsf(CI^-)$ Si creano forze di attrazione elettrostatiche che portano alla formazione di una connessione.

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Estratto che caratterizza il legame ionico

Dopo aver percorso l'intera linea di truppe dal fianco destro a quello sinistro, il principe Andrei salì sulla batteria dalla quale, secondo l'ufficiale del quartier generale, era visibile l'intero campo. Qui smontò da cavallo e si fermò presso il più esterno dei quattro cannoni che erano stati rimossi dagli alianti. Davanti ai cannoni camminava la sentinella artigliere, che stava disteso davanti all'ufficiale, ma ad un cenno che gli veniva fatto, riprendeva la sua uniforme, noiosa camminata. Dietro i cannoni c'erano degli agili, e più indietro c'era un posto di autostop e fuochi di artiglieria. A sinistra, non lontano dal cannone più esterno, c'era una nuova capanna di vimini, dalla quale si udivano le voci animate degli ufficiali.
In effetti, dalla batteria si vedeva quasi l'intera posizione delle truppe russe e la maggior parte del nemico. Direttamente di fronte alla batteria, all'orizzonte della collinetta opposta, era visibile il villaggio di Shengraben; a sinistra e a destra si potevano scorgere in tre punti, tra il fumo dei loro fuochi, masse di truppe francesi, di cui evidentemente la maggior parte si trovava nel villaggio stesso e dietro la montagna. A sinistra del paese, nel fumo, sembrava esserci qualcosa di simile a una batteria, ma era impossibile osservarla bene a occhio nudo. Il nostro fianco destro si trovava su una collina piuttosto ripida, che dominava la posizione francese. Lungo di esso era posizionata la nostra fanteria e i dragoni erano visibili proprio al limite. Al centro, dove si trovava la batteria Tushin, da cui il principe Andrei vedeva la posizione, c'era la discesa e la salita più dolce e diritta verso il torrente che ci separava da Shengraben. A sinistra, le nostre truppe confinavano con la foresta, dove fumavano i fuochi della nostra fanteria, che tagliava la legna. La linea francese era più ampia della nostra ed era chiaro che i francesi avrebbero potuto facilmente aggirarci su entrambi i lati. Dietro la nostra posizione c'era un burrone ripido e profondo, lungo il quale era difficile ritirarsi per l'artiglieria e la cavalleria. Il principe Andrei, appoggiandosi al cannone e tirando fuori il portafoglio, disegnò un piano per la disposizione delle truppe. Ha scritto appunti a matita in due punti, con l'intenzione di comunicarli a Bagration. Intendeva, in primo luogo, concentrare tutta l'artiglieria al centro e, in secondo luogo, trasferire la cavalleria dall'altra parte del burrone. Il principe Andrei, essendo costantemente con il comandante in capo, monitorando i movimenti delle masse e gli ordini generali ed era costantemente impegnato in descrizioni storiche delle battaglie, e in questa questione imminente pensava involontariamente al corso futuro delle operazioni militari solo in termini generali. Immaginava solo il seguente tipo di incidenti gravi: "Se il nemico lancia un attacco sul fianco destro", si disse, "i granatieri di Kiev e i Podolsk Jaeger dovranno mantenere la loro posizione finché le riserve del centro non si avvicineranno a loro. In questo caso i dragoni possono colpire il fianco e ribaltarli. In caso di attacco al centro, collochiamo una batteria centrale su questa collina e, sotto la sua copertura, stringiamo il fianco sinistro e ci ritiriamo a scaglioni nel burrone", ragionò tra sé...

Un legame chimico ionico è un legame che si forma tra atomi di elementi chimici (ioni caricati positivamente o negativamente). Allora, cos’è un legame ionico e come si forma?

Caratteristiche generali dei legami chimici ionici

Gli ioni sono particelle che hanno una carica in cui gli atomi si trasformano nel processo di dare o accettare elettroni. Sono attratti l'uno dall'altro in modo piuttosto forte, motivo per cui le sostanze con questo tipo di legame hanno punti di ebollizione e di fusione elevati.

Riso. 1. Ioni.

Un legame ionico è un legame chimico tra ioni diversi a causa della loro attrazione elettrostatica. Può essere considerato il caso limite di un legame covalente, quando la differenza di elettronegatività degli atomi legati è così grande che si verifica la completa separazione delle cariche.

Riso. 2. Legame chimico ionico.

Si ritiene generalmente che il legame diventi elettronico se l'EO è >1,7.

La differenza nel valore dell'elettronegatività è tanto maggiore quanto più lontani sono gli elementi tra loro nella tavola periodica per periodo. Questo legame è caratteristico dei metalli e dei non metalli, soprattutto di quelli situati nei gruppi più distanti, ad esempio I e VII.

Esempio: sale da cucina, cloruro di sodio NaCl:

Riso. 3. Schema del legame chimico ionico del cloruro di sodio.

Nei cristalli esiste un legame ionico; è forte e lungo, ma non saturo e non diretto. Il legame ionico è caratteristico solo di sostanze complesse, come sali, alcali e alcuni ossidi metallici. Allo stato gassoso, tali sostanze esistono sotto forma di molecole ioniche.

I legami chimici ionici si formano tra metalli tipici e non metalli. Gli elettroni vengono necessariamente trasferiti dal metallo al non metallo, formando ioni. Il risultato è un'attrazione elettrostatica chiamata legame ionico.

In effetti, non si verifica un legame completamente ionico. Il cosiddetto legame ionico è in parte di natura ionica e in parte covalente. Tuttavia, il legame di ioni molecolari complessi può essere considerato ionico.

Esempi di formazione di legami ionici

Esistono diversi esempi di formazione di legami ionici:

• Interazione tra calcio e fluoro

Ca 0 (atomo) -2e=Ca 2 + (ione)

– è più facile per il calcio cedere due elettroni che acquistare quelli mancanti.

F 0 (atomo)+1е= F- (ione)

– il fluoro, al contrario, è più facile accettare un elettrone che cedere sette elettroni.

Troviamo il minimo comune multiplo tra le cariche degli ioni risultanti. È uguale a 2. Determiniamo il numero di atomi di fluoro che accetteranno due elettroni da un atomo di calcio: 2: 1 = 2. 4.

Creiamo la formula per un legame chimico ionico:

Ca0+2F0→Ca2+F−2.

• interazione di sodio e ossigeno