Хімія. Рівень стандарту. 11 клас. Лашевська

§ 5. Йонний зв’язок

Після опрацювання параграфа ви зможете:

• наводити приклади сполук з йонним хімічним зв’язком;
• пояснювати утворення йонного зв’язку;
• характеризувати його особливості.

Йони - це заряджені частинки, на які перетворюються атоми й молекули внаслідок приєднання або втрачання одного або кількох електронів. Якщо електронейтральна частинка приєднує електрони, вона перетворюється на негативний йон - аніон. Цей процес супроводжується виділенням енергії. Натомість катіон - позитивний йон - утворюється внаслідок утрачання електронейтральною частинкою електронів. Під час цього процесу енергія поглинається. Протилежно заряджені йони притягуються, між ними виникає йонний зв’язок.

Цікаво і пізнавально

Поняття і термін «йон» увів у 1834 році англійський науковець Майкл Фарадей (рис. 5.1). У перекладі з давньогрецької ιόν - той, що йде. Аніон - той, що йде вгору, катіон - той, що йде вниз.

Рис. 5.1. Фарадей Майкл (1791-1867).

Англійський науковець. Навчався самотужки, наукові дослідження почав у галузі хімії. Зробив вагомий унесок у розвиток хімічного аналізу, синтетичної органічної хімії, металургії; уперше отримав низку газів у зрідженому стані. Установив кількісні закони електролізу. Увів терміни «йон», «катіон», «аніон», «електрод», «електроліт», поняття діелектричної проникності. Досліджував електромагнетизм, створив учення про електромагнітне поле. Член багатьох академій наук і наукових товариств

Йонний зв’язок - це зв’язок між катіонами та аніонами. Його можна розглядати як граничний випадок ковалентного полярного зв’язку. Якщо різниця в значеннях електронегативності атомів хімічних елементів дуже велика, спільні електронні пари майже повністю зміщуються до атома більш електронегативного елемента. За цих умов атоми перетворюються на йони. Розгляньмо утворення йонного зв’язку в кристалі натрій хлориду (рис. 5.2).

• За рисунком 5.2 поясніть, як утворився йонний зв’язок.

Рис. 5.2. 1. Утворення катіонів Натрію та аніонів Хлору. 2. Утворення хімічного зв’язку між йонами Натрію та Хлору

Зверніть увагу: у кристалі натрій хлориду катіон Натрію з усіх боків оточений аніонами Хлору й навпаки. Енергетично найвигідніше, коли кожен йон оточений максимальною кількістю йонів, протилежних за знаком. Однак через відштовхування однойменних йонів один від одного система досягає стійкого стану лише за певного взаємного розташування йонів. Наприклад, у натрій хлориді кожен катіон оточений шістьма аніонами й навпаки.

Пригадайте: на катіони перетворюються атоми металічних елементів, на зовнішньому енергетичному рівні яких зазвичай не більше трьох електронів. На аніони перетворюються атоми неметалічних елементів (за винятком інертних), на зовнішньому енергетичному рівні яких - від чотирьох до семи електронів. Атом Гідрогену може утворити як катіон, так і аніон.

• Складіть електронну формулу атома Гідрогену. Визначте, скільки протонів і електронів у його катіоні та аніоні.

Зверніть увагу: радіуси йонів відрізняються від атомних радіусів відповідних хімічних елементів. Утрачання атомами електронів зумовлює зменшення їхніх ефективних розмірів, а приєднання електронів - збільшення. Тому радіус катіона завжди значно менший, а радіус аніона завжди трохи більший за радіус атома (рис. 5.3). У межах головної підгрупи радіуси йонів однакового заряду, як і радіуси атомів, зростають зі збільшенням протонного числа (рис. 5.4).

Рис. 5.3. 1. Радіуси атома (1) і катіона (2) Натрію та атома (3) і аніона (4) Хлору в пікометрах

Рис. 5.4. 1. Закономірності зміни в періодичній системі хімічних елементів радіусів атомів і йонів

• За рисунком 5.4 схарактеризуйте закономірності зміни радіусів атомів та йонів елементів у періодах і групах періодичної системи хімічних елементів.

Межа між ковалентним полярним та йонним зв’язком дещо умовна. Різниця електронегативності хімічних елементів дає змогу визначити, наскільки хімічний зв’язок у сполуці відрізняється від ковалентного неполярного (табл. 5.1).

Таблиця 5.1.

Різниця електронегативності (Δχ) хімічних елементів	Тип хімічного зв’язку
Δχ ≈ 0	Ковалентний неполярний
0,4 < Δχ < 2	Ковалентний полярний
Δχ > 2	Йонний

1. Визначте тип хімічного зв’язку у сполуках: F₂; О₂; ССl₄; НСl; SO₂; OF₂; ССl₄; НСl; SO₂; NaF. 2. Порівняйте ковалентний неполярний, ковалентний полярний та йонний зв’язки (рис. 5.5). Зверніть увагу: літерою δ (вимовляємо дельта) позначено часткові електричні заряди на атомах у молекулі гідроген хлориду.

Рис. 5.5. Зміна розподілу електронної густини між ядрами атомів залежно від типу хімічного зв’язку в сполуках

https://www.youtube.com/watch?v=Z-8uVEfm77s&list=UUgFokBdfPtlT5DQaD5a02Hw&index=35

https://www.youtube.com/watch?v=5AOblYlknBc&list=PLi01XoE8iYoi5fLBY64f6ZUuktgTFb2H3&index=11

ПРО ГОЛОВНЕ

• Йонний зв’язок - це зв’язок між катіонами та аніонами.

• Межа між ковалентним полярним та йонним зв’язком дещо умовна.

• Різниця значень електронегативності хімічних елементів дає змогу визначити, наскільки хімічний зв’язок у сполуці відрізняється від ковалентного неполярного.

Перевірте себе

• 1. Перетворіть розповідні речення рубрики ПРО ГОЛОВНЕ на питальні. Чи можете ви відповісти на ці запитання без допомоги підручника?

Застосуйте свої знання й уміння

• 2. Якою літерою позначено трійку речовин з йонним типом хімічного зв’язку?

А К₂О; Cs₂S, LiF

Б MgO; Н₂О; H₂S

В H₂SO₄; СО₂;Сl₂

Г MgO; SO₃; N₂

• 3. На прикладі реакції літію з фтором розгляньте утворення йонного зв’язку в літій флуориді.
• 4. Доповніть схеми утворення йонів: зазначте в прямокутнику над стрілкою, скільки електронів віддано або прийнято, у прямокутнику біля символа йона - його заряд.

• 5. У йоні якого хімічного елемента вдвічі більше електронів, ніж в атомі Флуору?
• 6. Наведіть приклади атома, катіона й аніона, будова електронної оболонки в яких така сама, як у простого аніона Сульфуру.

Творча майстерня

• 7. Класифікуйте речовини повсякденного вжитку за типом хімічного зв’язку, підготуйте презентацію свого дослідження. 8. Використайте блоки LEGO, щоб зрозуміло й наочно пояснити молодшому учнівству, що таке йонний хімічний зв’язок.