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

§ 38. Йонні речовини

Ви вже ознайомилися з речовинами атомної та молекулярної будови і знаєте, як атоми з’єднуються в молекули. Протилежно заряджені йони також сполучаються один з одним; унаслідок цього утворюються йонні речовини. Вони дуже поширені в природі; їх одержують у лабораторіях, на заводах. Речовини, які складаються з йонів, значно відрізняються від речовин, що мають іншу будову, за фізичними і хімічними властивостями.

Дізнаєтеся, зрозумієте, використаєте

Який хімічний зв’язок називають йонним?
Як складають формули йонних сполук?
Які фізичні властивості характерні для речовин йонної будови?

Йонний зв’язок. Йонні речовини. Сполучення позитивно заряджених йонів з негативно зарядженими відбувається під дією електростатичних сил. Катіон і аніон притягуються один до одного тим сильніше, чим більший заряд кожної частинки і чим менша відстань між ними, а в разі контакту йонів — чим менші їхні радіуси. Про це свідчить один із законів фізики. Йони після сполучення зберігають свої заряди.

Електростатичну взаємодію між протилежно зарядженими йонами в речовині називають йонним зв’язком.

До речовин йонної будови належить більшість оксидів металічних елементів, сполуки лужних елементів із галогенами, Сульфуром тощо. Ці речовини містять катіони металічних елементів (наприклад, Na⁺, Са²⁺, Аl³⁺). Аніонами в йонних оксидах є йони О^2-, в інших сполуках металічних елементів — Cl^-, S²^-, NO₃^-, CO₃^2-, РО₄^3- та ін.

Варто знати

Сполуки двох неметалічних елементів, наприклад хлороводень НСl, вуглекислий газ СО₂, йонів не містять.

Думаймо

У харчовій соді NaHCO₃ містяться катіони Na⁺. Запишіть формулу аніонів, які є в цій речовині.

Для того щоб скласти формулу йонної сполуки, необхідно знати, якими катіоном та аніоном вона утворена, а також заряди цих частинок. Оскільки кожна речовина є електронейтральною, то в йонній сполуці сума зарядів усіх катіонів та аніонів дорівнює нулю.

Працюємо разом

Складемо хімічну формулу сполуки, яка містить йони Fe³⁺ і SO₄^2-.

Спочатку записуємо формули катіона та аніона з невеликим проміжком між ними:

Fe³⁺ SO₄²^-.

Потім визначаємо найменше число, яке ділиться без залишку на значення зарядів йонів, тобто найменше спільне кратне чисел 3 і 2. Це — число 6. Після ділення його на 3 і 2 отримуємо відповідні індекси в хімічній формулі сполуки (заряди йонів у формулі не вказуємо):

Fe_6/3(SO₄)_6/2=> Fe₂(SO₄)₃.

Виконаймо вправу

1. У мінералі фенакіті містяться йони Ве²⁺ і SіO₄^4-. Складіть формулу мінералу.

2. Мінерал апатит містить йони Са²⁺, РО₄^3- і F^-. Катіонів Са²⁺у речовині в п’ять разів більше, ніж аніонів F^-. Складіть формулу мінералу.

Варто знати

Графічні формули йонних сполук не використовують, оскільки рисками з’єднують символи хімічних елементів, атоми яких сполучені ковалентним зв’язком.

Фізичні властивості йонних сполук. Усі сполуки, які складаються з йонів, за стандартних умов є твердими, зазвичай кристалічними речовинами (мал. 96). Оскільки йони сполучаються один з одним досить міцно, то руйнування йонного зв’язку потребує витрати чималої енергії. Тому більшість йонних речовин має високі температури плавлення і кипіння. Під час плавлення кристали руйнуються, зв’язки між йонами послаблюються, а під час кипіння розплавленої речовини йони відокремлюються один від одного і «вилітають» з рідини. Натрій хлорид NaCl плавиться за температури 801 °С (її не можна досягти, нагріваючи речовину за допомогою спиртівки чи сухого пального), а кипить за температури 1440 °С. Температури плавлення і кипіння іншої йонної сполуки — магній оксиду MgO — ще вищі: 2825 і 3600 °С.

Обговорюймо

Спробуйте пояснити відмінність речовин NaCl і MgO за цими властивостями, узявши до уваги матеріал, викладений на початку параграфа, а також наявні в інтернеті відомості про радіуси йонів Na⁺, Mg²⁺, Сl^- і О^2-.

Мал. 96. Природні кристали

Більшість речовин, утворених однозарядними катіоном і аніоном (наприклад, NaCl, KOH, LiNO₃), розчиняється у воді. Розчинних сполук, у складі яких є йони з більшими зарядами, значно менше. Розгляньте таблицю розчинності речовин, яка є в хімічному кабінеті/лабораторії, та переконайтеся, що серед сполук, які містять тризарядні аніони РО₄^3-, переважають нерозчинні речовини.

Йонні речовини у твердому стані не проводять електричного струму, а в рідкому (розплавленому) стані є електропровідними. Відомо, що електричний струм — це напрямлений рух заряджених частинок (електронів, йонів). У кристалі речовини йони займають фіксовані позиції і переміщуватися не можуть, а в її розплаві ці частинки рухаються в довільних напрямках. У разі занурення в розплав електродів, з’єднаних із джерелом постійного струму (акумулятором), катіони починають рухатися до негативно зарядженого електрода, аніони — до позитивно зарядженого. Так у розплавленій йонній речовині виникає електричний струм.

Викладені в цьому і попередніх параграфах відомості про види хімічного зв’язку підсумовує схема 5.

Схема 5

Види хімічного зв’язку і будова речовин

ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ

Проаналізувавши матеріал, викладений у параграфі, запишіть у зошиті висновки про йонний зв’язок, речовини йонної будови та їхні властивості.

Думаймо

Сформулюйте цікаве запитання за темою параграфа і поставте його своїм однокласникам/однокласницям. Порівняйте свою і їхні відповіді та оцініть їх. Поясніть, чому ваша оцінка саме така.

ВАШІ ДОСЯГНЕННЯ І ВІДКРИТТЯ

Перевірмо себе

1. Порівняйте процеси утворення йонного і ковалентного зв’язку.

2. Укажіть з-поміж наведених хімічні формули йонних речовин: СО₂, О₂, Аl₂О₃, NH₃, Na₂S, HCl, BaF₂, Fe. Поясніть свій вибір.

3. Напишіть формули йонів, з яких складаються такі речовини: ΖnΟ, Cr₂O₃, CaS, Li₃N, ВаН₂.

4. Складіть формули сполук, утворених такими йонами:

a) Ag⁺i O²^-;
б) Sr²⁺ і ОН^-;
в) Аl³⁺ і S^2-;
г) Na⁺i PO₄^3-;
д) NH₄⁺ і SO₄²^-.

Аналізуймо

5. Яка зі сполук, на вашу думку, має вищу температуру плавлення:

a) Li₂Oчи Na₂O;
б) СаО чи CaF₂?

Відповіді обґрунтуйте і перевірте за відомостями, наявними в інтернеті.

Пояснюймо

6. Чому йонні речовини не мають запаху?

У команді

7.* Чи можна назвати пару сполучених йонів (наприклад, Na⁺ і Сl^-) молекулою? Відповідь аргументуйте.

Розв'язуймо задачу

8. Обчисліть масові частки йонів у сполуках Mg₃N₂ і Mg(OH)₂.

Формуймо словничок

9. Випишіть ключові слова і словосполучення з тексту параграфа для укладання двомовного словничка.

Оцінюймо свої знання

10. Створіть у зошиті таблицю оцінювання ваших знань і заповніть її.

Експериментуємо в хімічному кабінеті/лабораторії

ДОСЛІДЖУЄМО ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ РЕЧОВИН РІЗНОЇ БУДОВИ

Дотримуйтеся правил безпеки!

Вам видано такі речовини:

варіант I — цукор, кухонна сіль, кварцовий пісок;

варіант II — графіт, сечовина (добриво), калій бромід.

У вашому розпорядженні є штатив із пробірками, шпатель, промивалка з водою, скляна паличка, пробіркотримач, спиртівка або сухе пальне, керамічна підставка, сірники.

Розгляньте кожну речовину. Який колір і характер її часточок?

Визначте, чи розчиняються речовини у воді.

Дослідіть поведінку речовин під час нагрівання. Яку речовину вам удалося розплавити?

Занотуйте в таблиці назву та фізичні властивості кожної речовини — колір, характер часточок, розчинність у воді, здатність до плавлення за помірного нагрівання: