Хімія. Рівень стандарту. 11 клас. Попель

2 розділ

Хімічний зв’язок. Будова речовини

Неможливо уявити навколишній світ, у якому існують лише поодинокі атоми, йони. При утворенні речовин однакові або різні атоми, йони з протилежними зарядами сполучаються між собою (крім атомів інертних елементів). З’єднуються і молекули, однак не так міцно, як частинки інших типів. Сполучення найменших частинок речовини називають хімічним зв’язком.

У цьому розділі підсумовано відомості про типи хімічного зв’язку (схема 2), зазначено їхні найважливіші характеристики й приділено увагу механізмам утворення ковалентного зв’язку. Розглянуто також будову і властивості речовин йонної, молекулярної та атомної будови, наведено інформацію про аморфні та кристалічні речовини.

Схема 2

Хімічний зв’язок

Важливою характеристикою хімічного зв’язку є його енергія. При утворенні хімічного зв’язку енергія виділяється, а при руйнуванні — поглинається.

§ 5. Йонний зв’язок. Йонні речовини

Матеріал параграфа допоможе вам:

  • пригадати особливості йонного зв’язку;
  • з’ясувати, як залежить міцність йонного зв’язку від зарядів і радіусів йонів;
  • зрозуміти вплив йонного зв’язку на властивості речовин.

Йони. Ви знаєте, що атоми можуть втрачати електрони, приєднувати їх і перетворюватися при цьому на заряджені частинки — йони. Схеми утворення позитивно і негативно заряджених йонів:

Які загальні назви йонів із позитивним зарядом, негативним зарядом?

Йони бувають простими і складними. Кожний простий йон утворений одним хімічним елементом: Н+, Са2+, Fe3+, І-, S2-. Складні йони утворені щонайменше двома елементами: ОН-, СО2-3, РО3-4, НСОО- (атоми в них сполучені ковалентним зв’язком).

Багатьом складним йонам притаманна симетрична будова. Нітрат-іон NO-3 і карбонат-іон СO2-3 (мал. 3, а) мають форму правильного трикутника, в центрі якого розміщений атом Нітрогену або Карбону, а в кутах — три атоми Оксигену. Сульфат-іон SO2-4 (мал. 3, б) і ортофосфат-іон РO3-4 схожі за формою на молекулу метану СН4. Ці йони мають тетраедричну будову; в центрі тетраедра (правильної трикутної піраміди) перебуває атом кислототворного елемента, а у вершинах — чотири атоми Оксигену.

Мал. 3. Кулестержневі моделі складних йонів: а — СО2-3; б — SO2-4

Йонний зв’язок. Йони з протилежними зарядами за дії електростатичних сил сполучаються разом; між ними виникає йонний зв’язок. Він реалізується в основних і амфотерних оксидах, основах, солях неорганічних і органічних кислот, деяких інших речовинах, утворених двома елементами — металічним і неметалічним. Приклади йонних сполук: MgO, Аl2О3, Са(ОН)2, ВаСl2, Li3N.

Йонний зв’язок досить міцний. Роз’єднання протилежно заряджених йонів потребує витрачання значної енергії. Чим більші заряди йонів і чим менша відстань між ними (тобто чим менші радіуси катіона й аніона), тим міцніший йонний зв’язок у сполуці. Це випливає з відомого вам закону Кулона щодо взаємодії електричних зарядів. Про збільшення міцності йонного зв’язку зі зростанням зарядів йонів свідчать температури плавлення сполук:

Зазначимо, що радіуси йонів Na+ і Mg2+, F- і О2- різняться незначною мірою, тоді як їхні заряди — удвічі.

Багато солей фторидної кислоти мають вищі температури плавлення, ніж відповідні хлориди. Наприклад, хлорид NaCl плавиться при +801 °С, а натрій фторид NaF — при +996 °С. Це пояснюється більшою міцністю йонного зв’язку за участю меншого йона F порівняно зі зв’язком за участю більшого йона Cl-

Йонні речовини. Усі сполуки, що складаються з йонів, є твердими за звичайних умов. Як правило, це — кристалічні речовини (мал. 4). Вони мають досить високі температури плавлення, які сягають кількох сотень градусів (при плавленні частина йонних зв’язків розривається).

Мал. 4. Природний кристал натрій хлориду і модель його будови

Більшість солей, утворених однозарядними катіоном і аніоном (наприклад, CH3COONa, KNO3, LiI), розчинні у воді. Серед солей, що містять двозарядні катіон і аніон, розчиняються сульфати (за деякими винятками) і незначна кількість солей інших кислот. Розчинних солей, які складаються з тризарядних катіона й аніона, немає (див. рядок ортофосфатів у таблиці розчинності, форзац II).

При розчиненні йонної сполуки у воду потрапляють відповідні йони. Електролітична дисоціація речовини є повною, а речовина — сильним електролітом. У схемі дисоціації такої сполуки записують знак рівності, а не оборотності:

Al(NO3)3 = Al3+ + 3NO-3,

Характеризуючи речовини, які складаються з йонів, використовують поняття «формульна одиниця». Формульною одиницею літій оксиду Li2O є сукупність двох йонів Li+ і йона О2-, а магній ортофосфату Mg3(PO4)2 — сукупність трьох йонів Mg2+ і двох йонів РО3-4.

Графічні (структурні) формули для йонних сполук не складають. У таких формулах символи всіх елементів з’єднують рисками, а ними прийнято позначати ковалентний зв’язок.

ВИСНОВКИ

Йонний зв’язок виникає між протилежно зарядженими йонами. Із частинок цього типу складаються основні й амфотерні оксиди, основи, солі.

Йонний зв’язок міцний. Для сполук йонної будови характерні досить високі температури плавлення. Багато йонних сполук розчиняється у воді; вони перебувають у розчині в дисоційованій формі.

  • 37. Напишіть хімічні та електронні формули простих йонів Оксигену та Калію.
  • 38. На які йони можуть перетворитися атоми Гідрогену, Брому, Феруму? Втратить чи приєднає електрони кожний атом і яку кількість?
  • 39. Допишіть у наведені схеми знаки «плюс» або «мінус» і відповідні кількості електронів:

а) S ... е- → S2-;

б) Аl ... e- → Аl3+;

в) Fe3+ ... е- → Fe2+.

  • 40. Чому елементи-галогени утворюють прості аніони, а не катіони?
  • 41. Дайте означення основам і солям, які ґрунтуються на будові сполук.
  • 42. Серед наведених формул укажіть ті, які належать йонним речовинам: ВаСl2, SO3, СН4, Mg(OH)2, ΗΝO3, ZnO, (СН3СOO)2Са, С2Н5ОН.
  • 43. Складіть формули солей, утворених такими йонами: Lі+, Ва2+, Сr3+, NO-3, НСОО-, SO2-4.
  • 44. Чому йонні речовини не мають запаху?
  • 45. Температура плавлення якої сполуки має бути вищою:

а) літій оксиду чи натрій сульфіду;

б) калій фториду чи кальцій оксиду?

Відповіді аргументуйте й підтвердьте їх інформацією з інтернету.

  • 46. Як можна пояснити те, що розчинних у воді хлоридів значно більше, ніж розчинних фторидів?