§ 18. Йони. Йонний зв’язок, його утворення

Опрацювавши матеріал параграфа, ви зможете:

характеризувати йони як заряджені частинки речовини;
розрізняти катіони й аніони;
пояснювати утворення йонного зв’язку та його особливості;
визначати вид хімічного зв’язку в речовині.

Багато неорганічних речовин утворені з металічних і неметалічних елементів, наприклад, оксиди, основи, солі.

Хімічний зв’язок у цих сполуках відрізняється від ковалентного.

ПОНЯТТЯ ПРО ЙОННИЙ ЗВ’ЯЗОК. Утворення хімічного зв’язку між атомами металічного та неметалічного елементів теж підпорядковане правилу октету. Однак завершення зовнішніх енергетичних рівнів досягається не за рахунок утворення спільних електронних пар, а шляхом віддачі електронів атомами металічних елементів і приєднання їх атомами неметалічних хімічних елементів.

Пригадайте й наведіть приклади оксидів металічних елементів, основ, солей.

Розглянемо це на прикладі натрій хлориду NaCl. Зважаючи на розміщення Натрію і Хлору в ряді електронегативності, робимо висновок про те, що за здатністю притягувати електрони Натрій значно поступається Хлору. До того ж зовнішньому енергетичному рівню електронної оболонки його атома далеко до завершеної 8-електронної конфігурації — не вистачає 7 електронів.

₁₁Na — 1s²2s²2p⁶3s¹

Тому для атома Натрію енергетично вигідніше віддати один електрон, ніж приєднати сім. Металічний елемент Натрій віддає єдиний електрон третього енергетичного рівня і досягає завершення зовнішнього енергетичного рівня тому, що другий рівень у нього завершений.

Неметалічний елемент Хлор, навпаки, має близький до завершення зовнішній енергетичний рівень.

₁₇Cl — 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵

Маючи 7 електронів на зовнішньому енергетичному рівні, він приєднує електрон, відданий атомом Натрію. У такий спосіб його зовнішній енергетичний рівень стає завершеним.

Віддаючи один електрон, атом Натрію перетворюється на позитивно заряджену частинку — йон, що має назву катіон.

₁₁Na⁰ - 1e = ₁₁Na⁺ (катіон Натрію)

Звідки з’явився заряд у катіона Натрію і чому його не було в атома Натрію? Після того як атом віддав 1е , порушилася рівновага позитивного заряду ядра й негативного заряду електронної оболонки. Позитивно заряджених протонів у ядрі, як і раніше, залишилося 11, а негативно заряджених електронів в електронній оболонці атома — на один менше, тобто 10. Тому утворений катіон має заряд +1.

Назва « катіон » походить від назви негативно зарядженого електрода (катода), до якого в електричному полі рухаються позитивно заряджені йони.

Порівняння будови нейтрального атома Натрію і позитивно зарядженого йона (катіона) цього елемента вказує на спільну будову ядра, але різну будову електронної оболонки. Так, атом Натрію має три енергетичні рівні, у катіона їх два.

За рахунок приєднання одного електрона нейтральний атом Хлору перетворюється на негативно заряджений йон — аніон.

₁₇Сl⁰ + 1е = ₁₇Сl^- (аніон Хлору)

Чому утворений йон Хлору має негативний заряд? Чи міг би Хлор у складі натрій хлориду набути позитивного заряду?

Йони — це заряджені частинки, на які перетворюються нейтральні атоми, віддаючи або приєднуючи електрони. Позитивно заряджені йони називають катіонами, а негативно заряджені — аніонами.

Протилежно заряджені йони Натрію та Хлору притягуються один до одного, й утворюється йонний хімічний зв’язок.

Йонний хімічний зв’язок — це зв’язок між протилежно зарядженими йонами (катіонами й аніонами).

Запишемо рівняння взаємодії простих речовин натрію і хлору та позначимо перехід електронів у цій реакції.

Позначивши валентні електрони зовнішніх енергетичних рівнів крапками, зобразимо перехід електронів під час утворення йонного хімічного зв’язку між атомами Натрію та Хлору (схема 9).

Схема 9. Утворення йонного хімічного зв’язку

Йонний звязок між позитивно зарядженим йоном (катіоном) Натрію та негативно зарядженим йоном (аніоном) Хлору міцний. Тому речовина натрій хлорид за звичайних умов перебуває у твердому агрегатному стані (мал. 32).

Мал. 32. Кристали кухонної солі

За визначенням йонного зв’язку передбачається повний перехід електронів від менш електронегативного атома до атома з більшою електронегативністю. Проте речовин з абсолютним (так би мовити чистим) йонним зв’язком не існує. За домінування йонного звязку трапляється утворення спільних електронних пар.

Як зазначалося на початку параграфа, йонний зв’язок властивий солям, оксидам металічних елементів, основам. Представники цих класів неорганічних сполук мають спільну назву — речовини немолекулярної будови.

Хімія — це життя: сторінка природодослідника

Щоб зрозуміти, наскільки різними за властивостями є атоми й утворені з них йони, скористайтесь текстом попередніх параграфів і повторіть властивості простих речовин натрію і хлору. Ці дві прості речовини взаємодіють між собою, утворюють таку несхожу на них речовину — натрій хлорид (кухонну сіль).

Додаючи кухонну сіль до супу чи борщу, ви не спостерігаєте бурхливого виділення водню, як у реакції натрію з водою. І не відчуваєте задушливого запаху отруйного хлору. Отже, лише один приєднаний чи відданий електрон забезпечує утворення не тільки хімічного зв’язку, а й нових структурних частинок речовин із притаманними лише їм властивостями.

Стисло про основне

• Йонний зв’язок — це зв’язок за рахунок притягування протилежно заряджених йонів.

• Йони — заряджені частинки, на які перетворюються атоми, віддаючи або приєднуючи електрони.

• Позитивно заряджений йон має назву катіон, негативно заряджений — аніон.

• Утворення йонного хімічного зв’язку супроводжується переходом валентних електронів від атомів металічних елементів до атомів неметалічних.

Знаємо, розуміємо

1. Поясніть утворення йонного хімічного зв’язку. Наведіть приклади сполук з йонним хімічним зв’язком.

2. Сформулюйте визначення понять: катіон, аніон, йонний хімічний зв’язок. Що спільного й чим відрізняються: а) атом і катіон одного хімічного елемента; б) атом й аніон одного хімічного елемента? Наведіть приклади.

3. У чому полягає відмінність між ковалентним і йонним хімічними зв’язками?

Застосовуємо

47. Розподіліть формули речовин за видом хімічних зв’язків на групи з ковалентним неполярним, ковалентним полярним, йонним зв’язками:

PF_3,CuO, OF₂, Br₂, MgS, HF, NH₃.

48. Спрогнозуйте вид хімічного зв’язку між атомами, що мають таку будову зовнішніх енергетичних рівнів: ...3s² і ...2s²2p⁵. Складіть формулу утвореної речовини.

49. Атом хімічного елемента має на 2 електрони більше, ніж катіон Натрію. Встановіть назву цього хімічного елемента.

50. Атом хімічного елемента має на 3 електрони менше, ніж аніон Хлору. Встановіть назву цього хімічного елемента.