Образование ионов

В километрах пятнадцати от шоссе неглубокий водоем, в котором я любил купаться, стал платным. Теперь вы можете своими руками поймать там живого карпа и это будет стоить вам практически столько же, сколько такая же рыба в магазине. Водоем этот, когда-то малоизвестный и тихий, сделался местом паломничества любителей рыбной ловли и не только. Возможно все дело в грамотно проведенной рекламной кампании, которая сделала свое дело, так что былой тишины на этом месте как не бывало. Но будет правильно, на мой взгляд, вывести на средину отвлеченные факторы спроса и предложения, точнее резонансное наложение их векторов, которые усиливая друг друга привели к буму на пустом, заброшенном и никому прежде не нужном водоеме.

Дорогие друзья, позвольте объяснить, почему я эту иллюстрацию считаю наиболее подходящей к статье об ионах. Ионную химическую связь между элементами вполне можно рассматривать как проявление законов спроса и предложения на электронном уровне. Такой подход нам ничем не помешает, но позволит сразу догадаться, что ионная связь в молекулах может возникнуть между элементами, один из которых готов распрощаться с одним или двумя своими электронами, если это кому-нибудь нужно, а другой элемент не прочь себе присвоить один или несколько чужих электронов для полноты своего счастья.

Наглядным примером такого удачного стечения спроса и предложения является обычная поваренная соль NaCl. В молекуле NaCl, химическая связь между атомами возникает за счет перераспределения электронов, как и при ковалентном взаимодействии. Правда в случае ковалентной химической связи возникает уплотнение электронного облака между атомами, свидетельствующее о том, что оно принадлежит одновременно двум атомам. В молекуле поваренной соли никакого электронного уплотнения не наблюдается.

Ионная связь

Атомы поваренной соли удерживаются вместе не за счет общего электронного облака, а за счет электрического притяжения противоположно заряженных частиц, в которые превращаются атомы после перераспределения электронов. Атом Натрия (Na) имеет 11 протонов и 11 нейтронов и удерживает 11 электронов, чтобы быть нейтрально заряженным. Два из этих 11-ти электронов занимают внутренний энергетический уровень, второй энергетический уровень может разместить восемь электронов, как уже об этом говорилось в статье «Атомная орбиталь«, и оставшийся электрон занимает третий энергетический уровень (3s1). С точки зрения энергетической стабильности мы должны здесь сказать следующее: во-первых, атомная s-орбиталь содержит непарный (свободный) электрон, который стремится найти себе пару, во-вторых, согласно правилу октета, атом стремится к наиболее энергетически стабильной электронной конфигурации ближайшего инертного элемента (в нашем случае Неона). Утрата одного электрона приведет к образованию энергетически более стабильного иона Натрия (Na+) с завершенной внешней электронной оболочкой. В этом ионе реализуется две из трех фундаментальных химических тенденций: завершенность внешней электронной оболочки и отсутствие непарных электронов.

Атом Хлора имеет 17 электронов, из которых два – на первом энергетическом уровне, восемь – на втором и семь – на третьем (3s2 3p5). Заметим, во-первых, что в атоме Хлора одна из p-орбиталей содержит непарный электрон, нуждающийся в паре. Во-вторых, согласно правилу октета, атом Хлора стремится к электронной конфигурации Аргона (3s2 3p6), который по отношению к Хлору является ближайшим инертным элементом. Эти две фундаментальные химические тенденции реализуются в случае добавления одного электрона, что превращает атом Хлора в отрицательно заряженный ион Cl-.

Оказавшись рядом элементы Натрия и Хлора тотчас вступают в химическую реакцию: Натрий охотно отдает свой электрон Хлору, который столько же охотно его принимает. В результате образуются противоположно заряженные ионы Na+ и Cl-, которые удерживаются друг с другом силой электростатического притяжения. Между ионами образуется ионная связь, которая не только удерживает ионы вместе, но и обеспечивает молекуле NaCl электрическую нейтральность (третья фундаментальная химическая тенденция). Справедливости ради следует заметить, что ионная химическая связь между ионами Na+ и Cl- не ведет к образованию двухатомной молекулы NaCl. Вместо двухатомных молекул образуется правильная геометрическая кристаллическая решетка Браве или то, что мы называем кристаллами соли.

Решетка Бове

Впервые теорию ионной связи изложил в 1916 году немецкий физик Вальтер Коссель, который изучал природу химической связи между металлами и неметаллами. Такая связь, по мнению ученого, возможна за счет перехода электронов с внешнего электронного уровня атомов металлов на внешний электронный уровень атомов неметаллов и электкростатического притяжения образующихся при этом ионов.

Ионная связь в кристаллической решетке значительно слабее ковалентной связи в молекулах, она распространяется во всех направлениях и связывает не конкретные ионы определенного вида, а вообще любые ионы или частицы, имеющие противоположный электрический заряд, даже если это индуцированный заряд. Поэтому соль растворяется в воде. Такой раствор можно рассматривать как смесь свободных ионов Na+ и свободных ионов Cl-, хотя на самом деле ионы не свободны, а связаны ионной связью с молекулами воды.

About the author

wrote 116 articles on this blog.

Один комментарий для “Образование ионов

Оставить комментарий