Рассмотрите схемы образования ионной связи между калием и кислородом


Рассмотрите схемы образования ионной связи между атомами

а) Калий — элемент I группы главной подгруппы, металл. Его атому легче отдать 1 внешний электрон, чем принять недостающие 7.
Кислород — элемент главной подгруппы VI группы, неметалл. Его атому легче принять 2 электрон, чем отдать 6 электронов:

б) Литий — элемент I группы главной подгруппы, металл. Его атому легче отдать 1 внешний электрон, чем принять недостающие 7.
Хлор — элемент главной подгруппы VII группы, неметалл. Его атому легче принять 1 электрон, чем отдать 7 электронов:

в) Магний — элемент II группы главной подгруппы, металл. Его атому легче отдать 2 внешних электрона, чем принять недостающие 6.
Фтор — элемент главной подгруппы VII группы, неметалл. Его атому легче принять 1 электрон, чем отдать 7 электронов:

8.2: Ионная связь - Chemistry LibreTexts

Цели обучения

  • Для описания характеристик ионной связи.
  • Для количественного описания энергетических факторов, участвующих в образовании ионной связи.

Ионы - это атомы или молекулы, которые электрически заряжены. Катионы заряжены положительно, а анионы несут отрицательный заряд. Ионы образуются, когда атомы приобретают или теряют электроны.Поскольку электроны заряжены отрицательно, атом, потерявший один или несколько электронов, станет заряженным положительно; атом, который получает один или несколько электронов, становится отрицательно заряженным. Ионная связь - это притяжение между положительно и отрицательно заряженными ионами. Эти противоположно заряженные ионы притягиваются друг к другу, образуя ионные сетки (или решетки , ). Электростатика объясняет, почему это происходит: противоположные заряды притягиваются, а подобные заряды отталкиваются. Когда многие ионы притягиваются друг к другу, они образуют большие упорядоченные кристаллические решетки, в которых каждый ион окружен ионами противоположного заряда.Обычно, когда металлы реагируют с неметаллами, электроны передаются от металлов к неметаллам. Металлы образуют положительно заряженные ионы, а неметаллы образуют отрицательно заряженные ионы.

Создание ионных связей

Ионные связи образуются при химической реакции металлов и неметаллов. По определению, металл относительно стабилен, если он теряет электроны, образуя полную валентную оболочку, и становится положительно заряженным. Точно так же неметалл становится стабильным, приобретая электроны, чтобы заполнить свою валентную оболочку и стать отрицательно заряженным.Когда металлы и неметаллы реагируют, металлы теряют электроны, передавая их неметаллам, которые их приобретают. Следовательно, образуются ионы, которые мгновенно притягиваются друг к другу - ионная связь.

В общем ионном соединении положительные и отрицательные заряды должны быть сбалансированы, потому что электроны не могут быть созданы или уничтожены, а только перенесены. Таким образом, общее количество электронов, потерянных катионными частицами, должно равняться общему количеству электронов, приобретенных анионными частицами.

Пример \ (\ PageIndex {1} \): хлорид натрия

Например, в реакции Na (натрий) и Cl (хлор) каждый атом Cl отнимает один электрон от атома Na.Таким образом, каждый Na становится катионом Na + , а каждый атом Cl становится анионом Cl - . Из-за их противоположных зарядов они притягиваются друг к другу, образуя ионную решетку. Формула (отношение положительных ионов к отрицательным) в решетке \ (\ ce {NaCl} \).

\ [\ ce {2Na (s) + Cl 2 (g) \ rightarrow 2NaCl (s)} \ nonumber \]

Эти ионы расположены в твердом NaCl в виде регулярной трехмерной структуры (или решетки):

Решетка NaCl.(слева) трехмерная структура и (справа) простой двухмерный срез латте. Изображения использованы с разрешения Википедии и Майка Блабера.

Хлор имеет высокое сродство к электронам, а натрий - низкую энергию ионизации. Таким образом, хлор получает электрон от атома натрия. Это может быть представлено с помощью точечных символов ewis (здесь мы будем рассматривать один атом хлора, а не Cl 2 ):

Стрелка указывает на перенос электрона от натрия к хлору с образованием иона металла Na + и иона хлора Cl - .Каждый ион теперь имеет октетов электронов в его валентной оболочке:

Энергетика образования ионных связей

Ионные связи образуются, когда положительно и отрицательно заряженные ионы удерживаются вместе электростатическими силами. Рассмотрим одну пару ионов, один катион и один анион. Насколько сильной будет сила их притяжения? Согласно закону Кулона , энергия электростатического притяжения (\ (E \)) между двумя заряженными частицами пропорциональна величине зарядов и обратно пропорциональна межъядерному расстоянию между частицами (\ (r \)):

\ [E \ propto \ dfrac {Q_ {1} Q_ {2}} {r} \ label {Eq1a} \]

\ [E = k \ dfrac {Q_ {1} Q_ {2}} {r} \ label {Eq1b} \]

, где заряд каждого иона представлен символом Q .Константа пропорциональности k равна 2,31 × 10 −28 Дж · м. Если Q 1 и Q 2 имеют противоположные знаки (как, например, в NaCl, где Q 1 равно +1 для Na + и Q 2 равно -1 для Cl - ), тогда E отрицательно, что означает, что энергия выделяется , когда противоположно заряженные ионы сближаются с бесконечного расстояния, чтобы сформировать изолированную ионную пару.

Энергия всегда высвобождается при образовании связи и, соответственно, всегда требуется энергия для разрыва связи.

Как показано зеленой кривой в нижней половине рисунка \ (\ PageIndex {1} \), максимальная энергия будет выделяться, когда ионы бесконечно близки друг к другу, при r = 0. Поскольку ионы занимают пространство и имеют структуру с положительным ядром, окруженным электронами, однако они не могут быть бесконечно близко друг к другу. На очень коротких расстояниях отталкивающие электрон-электронные взаимодействия между электронами на соседних ионах становятся сильнее, чем притягивающие взаимодействия между ионами с противоположными зарядами, как показано красной кривой в верхней половине рисунка \ (\ PageIndex {1} \).Полная энергия системы - это баланс между притягивающим и отталкивающим взаимодействиями. Пурпурная кривая на рисунке \ (\ PageIndex {1} \) показывает, что полная энергия системы достигает минимума при r 0 , точке, где электростатическое отталкивание и притяжение точно сбалансированы. Это расстояние такое же, как экспериментально измеренное расстояние соединения .

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): График потенциальной энергии в зависимости от межъядерного расстояния для взаимодействия между газообразным ионом Na + и газообразным ионом Cl - .{23} \; \ cancel {ion \; пара} / моль \ вправо) = - 589 \; кДж / моль \ label {Eq3} \]

Это энергия, выделяющаяся при образовании 1 моль газообразных ионных пар, не , когда 1 моль положительных и отрицательных ионов конденсируется с образованием кристаллической решетки. Из-за дальнодействующих взаимодействий в структуре решетки эта энергия не соответствует непосредственно энергии решетки кристаллического твердого тела. Однако большое отрицательное значение указывает на то, что объединение положительных и отрицательных ионов энергетически очень выгодно, независимо от того, образуется ли ионная пара или кристаллическая решетка.

Суммируем важные моменты, касающиеся ионной связи:

  • При r 0 ионы более стабильны (имеют более низкую потенциальную энергию), чем они находятся на бесконечном межъядерном расстоянии. Когда противоположно заряженные ионы собираются вместе от r = ∞ до r = r 0 , энергия системы понижается (энергия высвобождается).
  • Из-за низкой потенциальной энергии при r 0 в систему необходимо добавить энергию для разделения ионов.Необходимое количество энергии - это энергия связи.
  • Энергия системы достигает минимума на определенном межъядерном расстоянии (расстояние связи).

Пример \ (\ PageIndex {2} \): LiF

Рассчитайте количество энергии, выделяющейся при образовании 1 моль газообразных ионных пар Li + F - из разделенных ионов. Наблюдаемое межъядерное расстояние в газовой фазе составляет 156 пм.

Дано: катион и анион, количество и межъядерное расстояние

Запрошено: энергия, выделяющаяся при образовании пар газообразных ионов

Стратегия:

Подставьте соответствующие значения в уравнение \ (\ ref {Eq1b} \), чтобы получить энергию, выделяемую при образовании единственной ионной пары, а затем умножьте это значение на число Авогадро, чтобы получить энергию, выделяемую на моль.{23} \ cancel {\ text {ion pair}} / моль \ right) \\ [4pt] & −891 \; кДж / моль \ end {align *} \]

Поскольку Li + и F - меньше Na + и Cl - (см. Раздел 7.3), межъядерное расстояние в LiF короче, чем в NaCl. Следовательно, в соответствии с уравнением \ (\ ref {Eq1b} \), при образовании 1 моль газообразных ионных пар Li + F - (-891 кДж / моль) выделяется гораздо больше энергии, чем когда 1 моль образуются газообразные ионные пары Na + Cl - (-589 кДж / моль).

Упражнение \ (\ PageIndex {2} \): оксид магния

Рассчитайте количество энергии, выделяющейся при образовании 1 моль газообразных ионных пар \ (\ ce {MgO} \) из разделенных ионов. Межъядерное расстояние в газовой фазе 175 пм.

Ответ

−3180 кДж / моль = −3,18 × 10 3 кДж / моль

Электронная конфигурация ионов

Как энергия, выделяемая при образовании решетки, сравнивается с энергией, необходимой для отрыва второго электрона от иона Na + ? Поскольку ион Na + имеет электронную конфигурацию благородного газа, удаление следующего электрона из этого стабильного расположения потребует больше энергии, чем выделяется во время образования решетки (натрий I 2 = 4560 кДж / моль).Таким образом, натрий присутствует в ионных соединениях как Na + , а не Na 2+ . Точно так же добавление электрона для заполнения валентной оболочки (и достижения электронной конфигурации благородного газа) экзотермично или лишь слегка эндотермично. Чтобы добавить дополнительный электрон в новую подоболочку , требуется огромная энергия - больше, чем энергия решетки. Таким образом, мы находим Cl - в ионных соединениях, но не Cl 2 - .

Таблица \ (\ PageIndex {1} \): Энергия решетки составляет от 700 кДж / моль до 4000 кДж / моль:
Соединение Энергия решетки (кДж / моль)
LiF 1024
LiI 744
NaF 911
NaCl 788
NaI 693
KF 815
KBr 682
КИ 641
MgF 2 2910
SrCl 2 2130
MgO 3938

Это количество энергии может компенсировать такие большие значения, как I 3 для валентных электронов (т.е.е. может убрать до 3 валентных электронов). Поскольку для большинства переходных металлов требуется удаление более 3 электронов для достижения сердцевины из благородного газа, они не встречаются в ионных соединениях с сердцевиной из благородного газа. Переходный металл всегда сначала теряет электроны из подоболочки более высокой «s», а затем теряет электроны из нижней подоболочки «d». (Оставшиеся электроны в незаполненной d подоболочке являются причиной ярких цветов, наблюдаемых во многих соединениях переходных металлов!) Например, ионы железа , а не образуют ядро ​​благородного газа:

  • Fe: [Ar] 4s 2 3d 6
  • Fe 2+ : [Ar] 3d 6
  • Fe 3+ : [Ar] 3d 5

Некоторые ионы металлов могут образовывать ядро ​​псевдо благородного газа (и быть бесцветными), например:

  • Ag: [Kr] 5s 1 4d 10 Ag + [Kr] 4d 10 Соединение: AgCl
  • Cd: [Kr] 5s 2 4d 10 Cd 2+ [Kr] 4d 10 Соединение: CdS

Валентные электроны не подчиняются «правилу октетов» в этом случае (ограничение полезности этого правила).Примечание: атомы серебра и кадмия потеряли 5s-электроны при достижении ионного состояния.

Когда из атома образуется положительный ион, всегда теряет электронов первыми из подоболочки с наибольшим главным квантовым числом

Многоатомные ионы

Не все ионные соединения образуются только из двух элементов. Существует много многоатомных ионов , в которых два или более атома связаны ковалентными связями. Они образуют стабильную группу, несущую заряд (положительный или отрицательный).Группа атомов в целом действует как заряженная разновидность, образуя ионное соединение с противоположно заряженным ионом. Многоатомные ионы могут быть как положительными, так и отрицательными, например:

  • NH 4 + (аммоний) = катион
  • SO 4 2- (сульфат) = анион

Принципы ионной связи с многоатомными ионами такие же, как и с одноатомными ионами. Противоположно заряженные ионы объединяются, образуя кристаллическую решетку, высвобождая энергию решетки.В зависимости от формы и заряда многоатомных ионов эти соединения могут образовывать кристаллические решетки с интересными и сложными структурами.

Сводка

Количество энергии, необходимое для разделения пары газообразных ионов, и есть энергия связи. Образование ионных соединений обычно происходит чрезвычайно экзотермически . Сила электростатического притяжения между ионами с противоположными зарядами прямо пропорциональна величине зарядов на ионах и обратно пропорциональна межъядерному расстоянию.Полная энергия системы представляет собой баланс между отталкивающими взаимодействиями между электронами на соседних ионах и притягивающими взаимодействиями между ионами с противоположными зарядами.

Авторы и авторство

.

Глава 4 - Ионная связь

Введение

Атомы могут приобретать или терять валентные электроны, чтобы стать ионами. Ионы могут быть одноатомными, например Ca 2+ и Cl 1–, или многоатомными, например NH 4 1+ и CO 3 2– . Ионная связь , , , - это электростатическая (кулоновская) сила притяжения между двумя противоположно заряженными ионами. Ионы и их связь - тема этой главы.

4.1 Ионное связывание

Введение

Ионные связи - это электростатическое притяжение противоположно заряженных ионов. Катион обычно представляет собой металл, а анион - обычно неметалл.

4.1-1. Введение в склеивание видео

  • Просмотр видео
  • Просмотрите видео в этом окне, нажав кнопку воспроизведения.
  • Используйте элементы управления видео для просмотра видео в полноэкранном режиме.
  • Просмотрите видео в текстовом формате, прокрутив вниз.
  • Перейдите к упражнениям по этой теме.

4.1-2. Ионное соединение

Ионная связь - это кулоновское притяжение двух противоположно заряженных ионов.

Соединения между металлами и неметаллами являются ионными.

Незаполненные валентные орбитали неметаллов испытывают большие эффективные ядерные заряды, поэтому они имеют низкую энергию, что делает неметаллы, такие как хлор, сильно электроотрицательными. Валентные электроны металлов, которые находятся в левой части периодической таблицы, испытывают очень низкие эффективные ядерные заряды, поэтому они характеризуются низкой энергией ионизации. Следовательно, металлы, такие как натрий, легко теряют валентный электрон. Когда натрий связывается с хлором, валентный электрон высокой энергии на натрии переносится на низкоэнергетическую незаполненную орбиталь хлора.Потеря электрона натрием дает ион натрия с плюсовой единицей, в то время как усиление электрона хлором дает ион хлора с одним минусом. Образующиеся ионы с противоположным зарядом понижают свою энергию, приближаясь друг к другу. Взаимодействие между двумя взаимодействующими ионами называется ионной связью, а NaCl - ионным соединением. Будем считать, что все соединения металлов и неметаллов ионные. Однако помните, что поздние металлы (те, которые расположены справа от таблицы Менделеева) довольно электроотрицательны, поэтому они не отдают свои валентные электроны легко, а их соединения не очень ионны.

4.1-3. Ионная структура

Ионные соединения представляют собой массивы отдельных ионов без идентифицируемых молекул.

Каждый ион в кристалле поваренной соли окружен шестью идентичными ионами с противоположным зарядом, и все расстояния Na – Cl идентичны. Следовательно, нет пар ионов, которые можно идентифицировать как молекулы NaCl.
  • Просмотр видео
  • Просмотрите видео в этом окне, нажав кнопку воспроизведения.
  • Используйте элементы управления видео для просмотра видео в полноэкранном режиме.

4.1-4. Ионные соединения против ковалентных соединений

Соединения между неметаллами ковалентны.

Ковалентные соединения представляют собой наборы отдельных молекул, т.е. они являются молекулярными.

Хотя ковалентное связывание является темой следующих двух глав, здесь дается краткое введение, которое позволяет нам сравнить два различных типа соединений в этой главе. Ковалентные соединения содержат только неметаллы, поэтому атомы имеют схожую электроотрицательность. Ни один из атомов в ковалентной связи не имеет электронов очень высокой энергии, которые легко переносятся, поэтому атомы делят, а не передают связывающие электроны. Ковалентные связи включают перекрытие атомных орбиталей, поэтому они очень направленные, в то время как ионные связи - это просто электростатические взаимодействия между сферическими ионами без направления.В то время как расстояния между соседними ионами Na 1+ и Cl 1– в кристалле NaCl идентичны, между атомами O и H в кристалле льда наблюдаются два различных расстояния. Наличие двух различных расстояний во льду позволяет нам идентифицировать отдельные молекулы воды как атом кислорода и два ближайших к нему атома водорода. Тогда большее расстояние между атомом кислорода одной молекулы и атомом водорода соседней молекулы воды в кристалле.Таким образом, лед состоит из отдельных молекул воды, которые взаимодействуют с образованием твердого вещества, а поваренная соль состоит из ионов Na 1+ и Cl 1– без молекул NaCl.

4.1-5. Ионное или ковалентное упражнение

Упражнение 4.1:

Укажите, является ли каждое из следующего ионным или ковалентным.

.

Урок девятого класса «Ионные связи: образование и наименование»

Чтобы закрепить, как называть ионные соединения, я предлагаю ученикам практиковаться на доске именования. У меня ученики работают в парах, и для каждой пары требуется одна доска, один маркер для сухого стирания и один сухой ластик. Я предлагаю студентам работать с партнерами, чтобы побудить их обсудить, почему они считают определенный ответ правильным. Я периодически напоминаю им, чтобы они поменяли партнеров с точки зрения того, кто пишет на протяжении всего сеанса работы с доской.

Это PowerPoint, который я использую.

1. Я помещаю задачу в PowerPoint, а затем предлагаю учащимся показать свои ответы.

2. Я либо показываю палец вверх, либо вниз, и если он ошибается, он должен повторить попытку.

3. После того, как большинство студентов ответят, я перехожу к следующему ответу. Если это один из тех, что многие ошибаются, я объясню, почему правильный ответ правильный, либо я объясню, либо попросив ученика объяснить, как они определили ответ.

Самая распространенная ошибка, которую делают студенты, - забывают использовать римские цифры для переходных металлов и неправильно записывают номер каждого типа атомов.

Вот два примера ошибок студента для Fe2O3 (оксид железа (III)). Обратите внимание, что одна группа не использовала римские цифры (ionic-error-1), а другая группа использовала неправильные римские цифры (ionic-error-2).

Если у вас нет доступа к интерактивным доскам, вы можете заказать в школе некоторые из них, например, в Office Max, или вы также можете попросить учащихся написать ответы на защитном листе с листом бумаги посередине.

.

Рисование ионных и ковалентных связей. Проведите связь между калием и кислородом. ПРИМЕР Калий и кислород.

Презентация на тему: «Создание ионных и ковалентных связей. Нарисуйте связь между калием и кислородом. ПРИМЕР Калий и кислород» - стенограмма презентации:

1 Рисование ионных и ковалентных связей

2 Проведите связь между калием и кислородом. ПРИМЕР Калий и кислород.

3 1.Полные точечные структуры Льюиса каждого задействованного атома ПРИМЕР Калий и кислород K O

4 2. Организуйте точки структуры точек Льюиса, чтобы вы могли лучше показать ПЕРЕДАЧУ электронов. ПРИМЕР Калий и кислород K O

5 3. С помощью стрелок покажите перенос электронов.  МЕТАЛЛЫ ТЕРЯЮТ электроны  НЕМЕТАЛЛЫ НАБЛЮДАЮТ электроны ПРИМЕР Калий и кислород K O

6 4.Продолжайте добавлять АТОМЫ и стрелки, пока каждый атом не будет иметь полную внешнюю оболочку. ПРИМЕР Калий и кислород K O K


7 5. Напишите полное химическое уравнение, показывающее образовавшиеся ионы, а также конечный продукт. K + + O 2-  K 2 O ПРИМЕР Калий и кислород K O K

8 6. Назовите соединение, созданное в соответствии с правилами именования.K + + O 2-  K 2 O Оксид калия ПРИМЕР ЗАВЕРШЕНИЯ Калий и кислород K O K K + + O 2-  K 2 O Оксид калия

11 2. Перемещайте точки и атомы для организации и эффективности.  Думайте о симметрии!  Думайте заранее. ПРИМЕР H 2 S HSH

12 3. Нарисуйте петли, показывающие распределение электронов.  Каждый АТОМ имеет свою собственную петлю  Каждая петля показывает полную внешнюю оболочку  Каждый H имеет 2 электрона (полный)  S имеет 8 электронов (полный) ПРИМЕР H 2 S HSH

.

Смотрите также