Хімія. Повторне видання. 8 клас. Григорович (2025)

§ 35. Йонний зв’язок. Йонні кристали

Утворення речовин із йонним зв’язком

Механізм утворення речовин із йонним зв’язком має спільні риси з утворенням речовин із ковалентним зв’язком. Це відбувається унаслідок перерозподілу електронів. Йонний зв’язок існує в речовинах, утворених металічними та неметалічними хімічними елементами.

Атоми металічних елементів утрачають електрони, перетворюючись на позитивно заряджені йони (катіони), а атоми неметалічних — приймають електрони, перетворюючись на негативно заряджені йони (аніони). Між цими різнойменно зарядженими йонами виникає електростатичне притягання, сила якого залежить від зарядів йонів і їхніх радіусів. Такий зв’язок називають йонним.

Хімічний зв’язок, що виникає внаслідок притягання протилежно заряджених йонів, називають йонним.

Йонний зв'язок:

виникає між протилежно зарядженими йонами;
існує між йонами металічних і неметалічних елементів;
існує між одно- та багатоатомними йонами в солях, гідроксидах і деяких оксидах металічних елементів.

Так, під час хімічної взаємодії натрію та хлору утворюються йони Натрію Na⁺ та хлорид-іони Сl^-:

2Na + Cl₂ = 2NaCl

Атом Натрію віддає електрон атому Хлору. І обидва атоми перетворюються на йони із завершеним зовнішнім енергетичним рівнем.

Продукт взаємодії — натрій хлорид — цілком складається з йонів Натрію та хлорид-іонів, утворених переміщенням електронів від атомів Натрію до атомів Хлору. Йони в кристалі між собою не зв’язані жорстко, тобто між ними не існує спільних електронних пар. У натрій хлориді вони утримуються разом унаслідок притягання між протилежно зарядженими йонами (мал. 35.1).

Мал. 35.1. У кристалі натрій хлориду йони утримуються йонним зв’язком

Йонний зв’язок характерний для основних оксидів (Na₂⁺O^2-, Мg²⁺О^2-), лугів (Na⁺OH^-, K⁺OH^-) і солей (К⁺Вr^-, Са²⁺Вr₂^-, K⁺NO₃^-).

Критерій утворення йонного зв'язку

Утворення речовин із йонним зв’язком можна розглядати й з погляду утворення спільної електронної пари:

Але Натрій і Хлор значно відрізняються за електронегативністю, і атом Хлору настільки сильніше притягував би спільну електронну пару, що вона повністю перейшла б до нього, а атому Натрію вже не належала б. Тому електрон, що перебував на зовнішньому рівні атома Натрію і мав утворити спільну електронну пару, одразу переходить у повну власність атома Хлору з одночасним перетворенням цих атомів на йони.

Мал. 35.2. Залежність типу зв'язку від різниці електронегативностей елементів: а — ковалентний неполярний зв'язок; б — ковалентний полярний; в — йонний

Отже, йонний зв’язок можна розглядати як крайній випадок ковалентного полярного зв’язку, коли спільна електронна пара повністю перейшла до одного з атомів. Йонний зв’язок існує між атомами елементів зі значною різницею електронегативностей.

Між атомами одного неметалічного елемента, звичайно, існує ковалентний неполярний зв’язок (мал. 35.2, а на с. 311). (Іноді неполярним вважають також зв’язок між атомами різних неметалічних елементів за умови, що різниця між електронегативностями елементів (ΔΕΗ) не перевищує 0,4). Якщо ж ΔΕΗ менша за 2, то зв’язок уважають ковалентним полярним (мал. 35.2, б). Умовно вважають, що зв’язок є йонним, якщо ΔΕΗ перевищує 2 (мал. 35.2, в).

Йонні кристали

Йонні речовини мають кристалічні ґратки, у вузлах яких розташовані різнойменно заряджені йони (мал. 35.3). Йонні кристалічні ґратки характерні для речовин із йонним зв’язком — солей, лугів і оксидів активних металічних елементів (NaCl, NaNO₃, K₂SO₄, KOH, NaOH, СаО).

Мал. 35.3. Магній сульфат — речовина з йонним зв'язком

Йонні сполуки за кімнатної температури тверді, а плавляться й киплять лише за високої температури. Це пояснюється тим, що йони в кристалі сильно притягуються один до одного і, щоб зрушити їх, потрібно багато енергії. Утім, незважаючи на твердість, йонні речовини крихкі. Це зумовлене будовою кристала: навіть незначний зсув наближає один до одного однойменно заряджені йони, і вони починають відштовхуватися. Наслідком цього є тріщини в кристалі й навіть його руйнування (мал. 35.4).

Мал. 35.4. У йонних речовинах зміщення шарів призводить до відштовхування однойменно заряджених йонів і руйнування кристала

Через те що йони в кристалічних ґратках закріплені на певному місці й утримуються разом силами електростатичного притягання, йонні речовини не проводять електричний струм. Але якщо розплавити такі речовини або розчинити у воді, то йони стають рухливими, і тому розплави та розчини йонних сполук добре проводять електричний струм.

Йонні кристали:

у вузлах ґраток — йони (катіони й аніони);
тип зв'язку — йонний;
тверді, крихкі, нелеткі;
тугоплавкі;
деякі розчиняються у воді

Будовою кристалічних ґраток пояснюється також те, що йонні сполуки нелеткі, тому вони не мають запаху.

Робота з інформацією

405. Порівняйте ковалентний і йонний зв’язки, склавши для них діаграми Венна.

406. Наведіть по дві формули сполук, у яких Оксиген утворює зв’язок: а) йонний; б) ковалентний.

407. Із переліку формул речовин випишіть формули сполук із йонним зв’язком.

НВr, Na₂O, CaO, СО₂, CO, NO₂, K₃N, NH₃, N₂, NF₃, MgF₂.

408. Зобразіть схему утворення йонів на прикладі: а) калій флуориду KF; б) магній оксиду MgO; в) алюміній броміду АlВr₃.

409. Проаналізуйте моделі утворення йонів на с. 314. Схарактеризуйте ці процеси та складіть для них хімічні рівняння.

Розуміння явищ природи (робота в групах)

410. В інтернет-джерелах Софія та Андрій знайшли інформацію про властивості деяких речовин, що трапляються в щоденному житті, та сформували таблицю. Допоможіть їм визначити, які речовини мають молекулярну, а які — атомну або йонну будову. Аргументуйте свій вибір.

№ з/п	Речовина	t_плав., °С	t_кип., °С	Густина, г/см³	Розчинність у воді	Розчинність у бензині
1	Парафін	40-60	> 370	0,91	погана	гарна
2	Сіль кухонна	801	1465	2,17	гарна	погана
3	Лимонна кислота	156	—	1,67	гарна	погана
4	Цукор	186	—	1,59	гарна	погана
5	Графіт	4000	—	2,2	нерозчинний	нерозчинний
6	Ацетон	-95	56	0,79	безмежна	помірна
7	Сода кальцинована	852	—	2,53	гарна	погана
8	Спирт етиловий	-114	78	0,79	безмежна	помірна
9	Йод	114	186	4,94	погана	гарна
10	Скло кварцове	> 1440	2230	2,2	нерозчинне	нерозчинне