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.

Одна мысль про “Образование ионов”

Добавить комментарий

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.