Тема: Йонний зв'язок.

Ціль: ознайомиться з механізмом утворення йонного зв'язку; навчитися складати електронні схеми утворення речовин з йонним типом зв'язку; розширити знання про будову атомів металів і неметалів на прикладі утворення йонів.

Переглянь уважно навчальне відео та опрацюй додаткові навчальні матеріали. Далі – виконай тестові завдання для самоконтролю.

ЙОНИ

Розглянемо такий випадок: сполуку утворюють атоми Натрію (елемент із низькою електронегативністю — 1,01) і Хлору (елемент із високою електронегативністю — 2,83). У цьому випадку зсув електронної густини від елемента з меншою електронегативністю до елемента з більшою електронегативністю буде майже повним. Вважають, що один атом віддає один електрон, а другий його приймає.

Звернімося до електронно-графічних формул:

В атома Натрію електронна конфігурація — 1s²2s²2p⁶3s¹, а в атома Хлору — 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵. Очевидно, що атому Хлору не вистачає одного електрона, щоби завершити свій енергетичний рівень, а в атома Натрію один електрон «зайвий». Тобто один електрон від атома Натрію перейде до атома Хлору. Атом Хлору, приймаючи електрон, стає негативно зарядженим йоном — аніоном, із зарядом -1:

Cl⁰ + 1e^- → Сl^-*

* Зазвичай цифру 1 поряд зі знаком + або - не пишуть.

Можна порахувати так: ядро атома Хлору заряджене +17, а електронів у нього стало (17 + 1) = 18.

У сумі: (+17) + (-18) = -1.

Атом Натрію, віддаючи негативно заряджений електрон, стає позитивно зарядженим йоном — катіоном, із зарядом +1:

Na⁰ - 1e^- → Na⁺

Порахуємо: ядро атома Натрію заряджене +11, а електронів стало 11 - 1 = 10. У сумі: (+11) + (-10) = +1.

В обох випадках у йонів буде завершений зовнішній енергетичний рівень (як у інертних газів): у атома Натрію він буде такий, як у атома Неону (1s²2s²2p⁶), у атома Хлору — як у атома Аргону (1s²2s²2p⁶3s²3p⁶). Це стійкий, енергетично вигідний стан.

Приймаючи й віддаючи електрони, атом перетворюється на йон того самого елемента (атом Натрію — на йон Натрію), добування нового елемента не відбувається — число протонів у ядрі не змінюється! А це, як ви пам'ятаєте, головна характеристика атома.

• Йони — це заряджені частинки, що утворилися з атомів, або груп атомів унаслідок приєднання ними «чужих» або віддачі «своїх» електронів. Позитивно заряджені йони називають катіонами, негативно заряджені — аніонами.

ЙОННИЙ ЗВ'ЯЗОК

• Йонний хімічний зв'язок існує між йонами — катіонами й аніонами, він досить міцний і здійснюється за рахунок електростатичних сил притягання.

Йонний зв'язок утворюється між активними металічними елементами й активними неметалічними елементами.

Саме в них, як правило, досить великі різниці електронегативностей — більше 1,8-2.

Завдання 1

Напишіть електронні формули йонів: а) S^2-, б) Al³⁺. Зовнішній рівень яких атомів повторює будову цих йонів?

Підказка: спочатку напишіть електронну або електронно-графічну формулу атомів.

Відповідь: Запишемо електронну або електронно-графічну формулу зовнішнього рівня атома Сульфуру.

Тепер думаємо: запис S^2- означає, що атом прийняв 2 електрони. Допишемо їх у електронну формулу.

Щоби зобразити йон Al³⁺ з електронної формули атома Алюмінію, заберемо 3 електрони.

Будова зовнішнього енергетичного рівня S^2- така сама, як у атома Аргону, а в Al³⁺ — як у атома Неону.

Завдання 2

Йон має таку будову: 1s²2s²2p⁶. Припустіть, йони яких атомів могли б мати таку будову.

Підказка: якщо це йон, виходить, він уже прийняв або віддав певну кількість електронів.

Відповідь: Наприклад, під час одержання зовнішнього рівня 1s²2s²2p⁶ атом прийняв 1 електрон, значить, у атома була будова 1s²2s²2p⁵ — це Флуор, а йон з будовою 1s²2s²2p⁶ — йон F^-. Також можна продовжити наші міркування: якщо атом уже прийняв 2 електрони, то в нього була будова 1s²2s²2p⁴ і це був атом Оксигену. Ще можна міркувати так: якщо для одержання йона (1s²2s²2p⁶) атом віддав 1 електрон, то він був атомом Натрію (1s²2s²2p⁶3s¹) і т. д.

3. Спочатку записуємо число електронів у атомі Арсену — 33, у йоні As^3- на 3 електрони більше: 33 + 3 = 36. За умовою, в атомі шуканого елемента на 2 електрони менше: 36 - 2 = 34. Скільки в атомі електронів, стільки й протонів, отже, це елемент із порядковим номером 34 — Селен.

Завдання 3

Атом елемента має на 2 електрони менше, ніж йон As^3-. Визначте цей елемент, складіть електронну формулу його атома та йона.

Відповідь: Спочатку записуємо число електронів у атомі Арсену — 33, у йоні As^3- на 3 електрони більше: 33 + 3 = 36. За умовою, в атомі шуканого елемента на 2 електрони менше: 36 - 2 = 34. Скільки в атомі електронів, стільки й протонів, отже, це елемент із порядковим номером 34 — Селен.

ЙОННИЙ ЗВ'ЯЗОК

• Йонний хімічний зв'язок існує між йонами — катіонами й аніонами, він досить міцний і здійснюється за рахунок електростатичних сил притягання.

Йонний зв'язок утворюється між активними металічними елементами й активними неметалічними елементами.

Саме в них, як правило, досить великі різниці електронегативностей — більше 1,8-2.

Завдання

Використовуючи таблицю електронегативності, спробуйте скласти формули декількох речовин з йонним зв'язком.

Розглянемо утворення цього зв'язку на прикладі кухонної солі — NaCl.

Праворуч у рівнянні реакції стоять заряди над Натрієм і Хлором, які показують число відданих і прийнятих електронів атомами елементів (тобто заряд йона).

ЙОННІ СПОЛУКИ

Чи буде в сполуці NaCl один йон Na⁺ пов'язаний з одним йоном Cl^-, як у молекулі HCl? Давайте подумаємо. В атомів Н і Cl по одному валентному електрону, тому зв'язок між ними в молекулі може бути тільки один. Сполука NaCl складається з йонів, там немає спільних електронних пар, які могли б обмежувати кількість зв'язків (валентність). Так як же бути? Уявімо йони у вигляді кульок.

Електричне поле рівномірно спрямоване в усі боки, отже, навколо катіонів розміщується якась кількість аніонів, і навпаки. Скільки? Ця кількість залежить від різних чинників, наприклад розміру йонів. Тому говорити про молекулу з чітко визначеним складом відповідно до валентності елементів не має сенсу. Йони з різними зарядами утворюють йонний кристал, де вони чергуються в певному порядку.

— Уявіть коробку зі щільно укладеними кульками: білими та чорними. Ось так приблизно й виглядає йонний кристал.

— Скільки білих кульок межує з чорними? Це можна порахувати. Але число сусідів зовсім не співпадає з кількістю неспарених електронів. У йонів узагалі їх немає.

Зокрема, у кристалі NaCl кожний йон Na⁺ оточений 6 йонами Cl^-, і навпаки. Можна визначити відношення катіонів і аніонів: 6Na⁺ : 6Cl^- або 1 : 1. Таким чином, у нашому прикладі на один йон Na⁺ припадає один йон Cl^-. Тому склад йонної сполуки можна записати NaCl. Такий запис називають формульною одиницею. Це не склад молекули, а співвідношення йонів у речовині.

• Якщо атоми з'єднуються з допомогою ковалентного зв'язку — утворюються молекули, і формули цих речовин показують, які атоми й у якій кількості входять до складу молекули. Наприклад, CO₂, H₂SO₄.

Якщо зв'язки в речовині йонні, то речовина складається з йонів і має будову йонного кристала. У цьому випадку використовують не молекулярні формули, а формульні одиниці, які показують співвідношення йонів. Наприклад, NaCl, KBr.

Хоча NaCl і CO₂ записують за однаковими правилами, і виглядають вони схоже, у першому випадку — це формульна одиниця, а в другому — хімічна формула.

Як ви вже знаєте, використовуючи Періодичну систему Д. І. Менделєєва, можна розрахувати відносну молекулярну масу. А як бути з формульними одиницями? Так само, як відносну молекулярну масу, можна розрахувати й відносну формульну масу.

ВЗАЄМОЗВ'ЯЗОК МІЖ ПОЛОЖЕННЯМ ЕЛЕМЕНТІВ У ПЕРІОДИЧНІЙ СИСТЕМІ Й ТИПОМ ЗВ'ЯЗКУ

Як приклад можна простежити зміну характеру зв'язків у сполуках другого періоду:

Під час руху зліва направо відбувається поступовий перехід від речовин з йонним зв'язком до речовин з ковалентним неполярним зв'язком відповідно до збільшення неметалічних властивостей елементів у періодах.

ДІЗНАЙТЕСЯ БІЛЬШЕ

Потрібно сказати, що аніони й катіони можуть обмінюватися електронами, що споріднює йонний зв'язок з ковалентним. Тому між ковалентними та йонними зв'язками немає чіткої межі. Іноді йонний зв'язок розглядають як крайній випадок ковалентного полярного зв'язку. Чим більше різниця електронегативності, тим більше ступінь йонності.

Виходить, що зв'язок не буває йонним на 100 %. Навіть у такій сполуці, як CsF, у якій найбільша різниця електронегативності (4,1 - 0,86 = 3,24), хімічний зв'язок є йонним тільки на 89%.

Різниця Електронегативністі Ступінь йонності зв'язку, %

0 0

0,5 6

1,0 22

1,5 44

2,0 63

2,5 79

3,0 89

Таким чином, тип хімічного зв'язку залежить від того, атоми яких елементів його утворюють.

Підіб'ємо підсумок:

ПЕРЕВІРТЕ СВОЇ ЗНАННЯ

• 1. Який зв'язок називають йонним? Між якими елементами він утворюється?

• 2. Що таке йон? катіон? аніон?

• 3. За таблицею значень електронегативності знайдіть елементи з найвищою електронегативністю; з найнижчою електронегативністю. Назвіть формули сполук із йонним зв'язком, які вони можуть утворювати.

ВИКОНАЙТЕ ЗАВДАННЯ

1. Атом елемента має на 2 електрони більше, ніж йон Літію Li⁺. Визначте цей елемент, складіть електронну формулу його атома та йона.

2. Йон елемента E²⁺ має таку саму електронну будову, як і атом Аргону. Визначте цей елемент, складіть електронну формулу його атома та йона.

Підказка: напишіть будову атома Аргону й додайте 2 електрони.

3. Йон елемента Е³⁺ має таку саму будову, як і атом Ванадію. Визначте цей елемент, складіть електронну формулу його атома та йона.

Підказка: міркування, як і в попередньому завданні.

4. Наведіть приклади речовин з йонним зв'язком (не менше 5 речовин). Назвіть катіони й аніони.

5. Дано елементи:

Cl, H, K, Fe, N, O, Ca, F, Ca.

Складіть із них формули речовин із ковалентним полярним, ковалентним неполярним і йонним зв'язком і заповніть таблицю:

Речовини з ковалентним Речовини з ковалентним Речовини з йонним зв'язком

неполярним зв'язком полярним зв'язком

6. Випишіть окремо сполуки з ковалентним неполярним, ковалентним полярним та йонним зв'язком:

F₂, H₂O, FeCl₃, O₂, Al₄C₃, NH₃, CO₂, N₂, Ca₃P₂.

За матеріалами підручника "Хімія", 8 клас, автор Т.Гранкіна.

Тренування:

Домашнє завдання:

1. Вивчити параграф у підручнику.

2. 2. Виконати завдання після параграфа.