Jak powstaje wiązanie jonowe?

Polecenie 1

Wykonaj doświadczenie, w którym zbadasz jak gazowy chloru reaguje z różnymi metalami, takimi jak: sód, potas, magnez, glin, miedź oraz żelazo. Opisz przewidywane obserwacje, napisz równania reakcji chemicznej, które zaszły w naczyniach reakcyjnych, oraz wnioski.

R17DRCV5xbvcd

RnEZWfC9E5ZUP

R13PVGjPD7xAs

Ilustracja przedstawia schemat doświadczenia. Łyżeczkę z sodem umieszczono nad palnikiem i ogrzano. Następnie przeniesiono do kolby, w której znajduje się żółty gaz opisany: chlor. Zaobserwowano gwałtowną reakcję i żółtą poświatę. W reakcji powstał biały związek podpisany: chlorek sodu. — Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

R1PavwzT3TXfm

RGsFdQmNT57R1

R1QYCucpbSnDW

Ilustracja przedstawia schemat doświadczenia. Łyżeczkę z potasem umieszczono nad palnikiem i ogrzano. Następnie przeniesiono do kolby, w której znajduje się żółty gaz opisany: chlor. Zaobserwowano gwałtowną reakcję i różową poświatę. W reakcji powstał biały związek podpisany: chlorek potasu. — Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

R15G55KRyt7uL

RSiHZioLGDc1a

R1O8YMYdkTb2F

Ilustracja przedstawia schemat doświadczenia. Łyżeczkę z magnezem umieszczono nad palnikiem i ogrzano. Następnie przeniesiono do kolby, w której znajduje się żółty gaz opisany: chlor. Zaobserwowano gwałtowną reakcję. W reakcji powstał biały związek podpisany: chlorek magnezu. — Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

RcN1YaPNfppQW

R1VbcuE1PYn2G

RXfiaFPQAp3uV

Ilustracja przedstawia schemat doświadczenia. Łyżeczkę z glinem umieszczono nad palnikiem i ogrzano. Następnie przeniesiono do kolby, w której znajduje się żółty gaz opisany: chlor. Zaobserwowano gwałtowną reakcję. W reakcji powstał biały związek podpisany: chlorek glinu. — Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

R17OWvjDCWodW

RhzTuNNtSj9jY

RnD8nO9931YM6

Ilustracja przedstawia schemat doświadczenia. Łyżeczkę z żelazem umieszczono nad palnikiem i ogrzano. Następnie przeniesiono do kolby, w której znajduje się żółty gaz opisany: chlor. Zaobserwowano wydzielanie brązowych oparów. W reakcji powstał żółtopomarańczowy związek podpisany: chlorek żelaza(III). — Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY 3.0.

RNlEzcx6TWOi4

RpAF6o8O0Ggk7

RT8YsizN5nblC

Ilustracja przedstawia schemat doświadczenia. Łyżeczkę z miedzią umieszczono nad palnikiem i ogrzano. Następnie przeniesiono do kolby, w której znajduje się żółty gaz opisany: chlor. Zaobserwowano gwałtowną reakcję i żółtą poświatę. W reakcji powstał żółtobrązowy związek podpisany: chlorek miedzi(II). — Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

R17K1hn9QS7Yx

RCmyHSwm4oSET

ROxqQHIbxPjnO

Hipoteza:
Metale ulegają reakcji chemicznej z gazowym chlorem.

Instrukcja przeprowadzenia doświadczenia:

1. Wybrany metal umieszczamy na łyżce do spalań.

2. Łyżkę do spalań umieszczamy w płomieniu palnika.

3. Łyżkę do spalań wprowadzamy do kolby zawierającej chlor.

4. Przykrywamy przykrywką, w której jest otwór na łyżkę do spalań.

Obserwacje:

1. Obserwacje dla reakcji chemicznej pomiędzy sodem a chlorem: W kolbie zaobserwowano tworzenie się na jej ściankach białego osadu.

2. Obserwacje dla reakcji chemicznej pomiędzy potasem a chlorem: W kolbie zaobserwowano tworzenie się na jej ściankach białego osadu.

3. Obserwacje dla reakcji chemicznej pomiędzy magnezem a chlorem: W kolbie zaobserwowano tworzenie się na jej ściankach białego osadu.

4. Obserwacje dla reakcji chemicznej pomiędzy glinem a chlorem: W kolbie zaobserwowano tworzenie się na jej ściankach białego osadu.

5. Obserwacje dla reakcji chemicznej pomiędzy żelazem i chlorem: W kolbie zaobserwowano tworzenie się na jej ściankach żółtopomarańczowego osadu.

6. Obserwacje dla reakcji chemicznej pomiędzy miedzią i chlorem: W kolbie zaobserwowano tworzenie się na jej ściankach żółtobrązowego osadu.

Równania reakcji chemicznych:

$2 Na + {Cl}_{2 (g)} \to 2 NaCl$
$2 K + {Cl}_{2 (g)} \to 2 KCl$
$Mg + {Cl}_{2 (g)} \to {MgCl}_{2}$
$2 Al + 3 {Cl}_{2 (g)} \to 2 {AlCl}_{3}$
$2 Fe + 3 {Cl}_{2 (g)} \to 2 {FeCl}_{3}$
$Cu + {Cl}_{2 (g)} \to {CuCl}_{2}$

Wnioski:

Chlor reaguje z metalami, prowadząc do wytworzenia kolejno: chlorku sodu, chlorku potasu, chlorku magnezu, chlorku glinu, chlorku żelaza(III) oraz chlorku miedzi(II).

Powstałe w powyższym doświadczeniu produkty są związkami o budowie jonowej.

Wiązanie jonowe

Wiązanie jonowe może zostać utworzone przez atomy pierwiastków chemicznych, znacznie różniących się elektroujemnościąelektroujemnośćelektroujemnością (zwykle $∆ E \geq 1,7$ ). Istotą wiązania jonowegowiązanie jonowewiązania jonowego jest elektrostatyczne oddziaływanie między przeciwnie naładowanymi jonami, powstającymi wskutek przeniesienia elektronu (elektronów) z atomu pierwiastka mniej elektroujemnego do atomu pierwiastka bardziej elektroujemnego. Wiązanie jonowe występuje chociażby we fluorku sodu ( $NaF$ ). W celu uzyskania trwałej energetycznie konfiguracji elektronowej, atom sodu oddaje jeden elektron walencyjny, tworząc kation ${Na}^{+}$ . Atom fluoru przyjmuje jeden elektron „oddany” przez atom sodu i również uzyskuje w ten sposób trwałą konfigurację elektronową. Tym samym atom fluoru tworzy anion $F^{-}$ . Przeciwnie naładowane jony przyciągają się siłami elektrostatycznymi.

RLa8mhySP0aJ6

Animacja przedstawiająca powstawanie fluorku sodu poprzez tworzenie się wiązania jonowego.

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

R12ZCm9480Rux

Ilustracja przedstawia zapis graficzny tworzenia wiązania jonowego z wykorzystaniem orbitali. Atom sodu Na, strzałka w prawo, za strzałką kation sodowy Na+ dodać elektron e-. Poniżej znajduje się zapis klatkowy konfiguracji elektronowej atomu sodu. Pojedyncza klatka z podpisem 1s zawierająca dwie strzałki, jedną skierowaną do góry, zaś drugą do dołu; pojedyncza klatka z podpisem 2s zawierająca dwie strzałki, jedną skierowaną do góry, zaś drugą do dołu; trzy połączone ze sobą klatki z podpisem 2p, każda zawierająca dwie strzałki, jedną skierowaną do góry, zaś drugą do dołu; pojedyncza klatka z podpisem 3s zawierająca jedną strzałkę skierowaną do góry. Dalej przedstawiony jest zapis klatkowy konfiguracji elektronowej kationu sodowego. Pojedyncza klatka z podpisem 1s zawierająca dwie strzałki, jedną skierowaną do góry, zaś drugą do dołu; pojedyncza klatka z podpisem 2s zawierająca dwie strzałki, jedną skierowaną do góry, zaś drugą do dołu; trzy połączone ze sobą klatki 2p, każda zawierająca dwie strzałki, jedną skierowaną do góry, zaś drugą do dołu. Dalej atom fluoru F dodać elektron e-, strzałka w prawo, za strzałką anion fluorkowy F-. Poniżej zapis klatkowy konfiguracji elektronowej atomu fluoru. Pojedyncza klatka z podpisem 1s zawierająca dwie strzałki, jedną skierowaną do góry, zaś drugą do dołu; pojedyncza klatka z podpisem 2s zawierająca dwie strzałki, jedną skierowaną do góry, zaś drugą do dołu; trzy połączone ze sobą klatki z podpisem 2p, dwie pierwsze zawierają po dwie strzałki, jedną skierowaną do góry, zaś drugą do dołu, ostatnia trzecia klatka zawiera jedną strzałkę skierowaną do góry. Dalej przedstawiono zapis klatkowy konfiguracji elektronowej dla anionu fluorkowego. Pojedyncza klatka z podpisem 1s zawierająca dwie strzałki, jedną skierowaną do góry, zaś drugą do dołu; pojedyncza klatka z podpisem 2s zawierająca dwie strzałki, jedną skierowaną do góry, zaś drugą do dołu; trzy połączone ze sobą klatki z podpisem 2p, każda zawierająca dwie strzałki, jedną skierowaną do góry, zaś drugą do dołu. — Zapis graficzny tworzenia wiązania jonowego z wykorzystaniem orbitali
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Należy pamiętać, że związki chemiczne o budowie jonowej nie tworzą cząsteczek. Tworzą natomiast kryształy jonowe. W skład sieci krystalicznej związku o budowie jonowej wchodzą naprzemiennie ułożone i ściśle upakowane kationy i aniony.

Przykład 1

Jednym z najlepiej poznanych związków o budowie jonowej jest chlorek sodu, będący głównym składnikiem soli kuchennej. Poniżej przedstawiono fragment sieci krystalicznej tego związku oraz mechanizm powstawania wiązania między atomem sodu a atomem chloru.

R1J8DLrcElqMH

Ilustracja przedstawiająca fragment sieci krystalicznej chlorku sodu w układzie krystalograficznym sześciennym. Sieć przedstawiona jest w postaci większego sześcianu zbudowanego z dwudziestu siedmiu mniejszych sześcianów, w których narożach znajdują się atomy ułożone tak, że atom sodu łączy się z atomem chloru. — Fragment sieci krystalicznej chlorku sodu
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

RYnn6CgRlsk8F

Grafika 360° komórki elementarnej kryształu chlorku sodu. Kolorem niebieskim oznaczono jony sodu ( ${Na}^{+}$ ), natomiast kolorem zielonym jony chlorkowe ( ${Cl}^{-}$ )
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

R131zSNqqYdHb

Ilustracja przedstawiająca powstawanie jonów z atomu sodu i atomu chloru. Przy atomie sodu zaznaczono elektron walencyjny za pomocą kropki, od której poprowadzono łukowatą strzałka do atomu chloru, wokół którego zaznaczono siedem elektronów walencyjnych. Strzałka w prawo, za strzałką kation sodowy Na+ dodać anion chlorkowy Cl-, na którym zaznaczono wolne pary elektronowe za pomocą czterech kresek. Poniżej zapis w ujęciu powłokowym dla sodu Na11 K2L8M1, strzałka w prawo, za strzałką kation sodu z zapełnionymi powłokami K2L8, odpowiadają one konfiguracji neonu Ne. Dalej zapis w ujęciu powłokowym dla chloru Cl17 K2L8M7, strzałka w prawo, za strzałką anion chlorkowy z zapełnionymi powłokami K2L8M8, odpowiadają one konfiguracji argonu Ar. — Tworzenie jonów dodatnich oraz ujemnym w ujęciu powłokowym
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

R1T2wQwiBaRDE

Ilustracja przedstawia powstawanie jonów dodatnich i ujemnych w ujęciu podpowłokowym. Dla sodu Na11 1s22s22p63s1 strzałka w prawo, za strzałką kation Na+11 1s22s22p6. Dla chloru Cl17 1s22s22p63s23p5, strzałka w prawo, za strzałką anion chlorkowy Cl-17 1s22s22p63s23p6. — Powstawanie jonów dodatnich oraz ujemnych w ujęciu podpowłokowym
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

RGjbizjtkDs77

Ilustracja przedstawiająca równanie dwa atomy sodu Na z zaznaczonymi elektronami walencyjnymi za pomocą kropki, dodać cząsteczka chloru, w której zaznaczono po trzy wolne pary elektronowe na każdym atomie chloru Cl oraz wspólną parę elektronową za pomocą kropek. Strzałka w prawo, za strzałką dwie cząsteczki chlorku sodu składające się z kationów sodowych Na+ oraz anionów chlorkowych Cl-, na których zaznaczono cztery wolne pary elektronowe za pomocą ośmiu kropek. — Uproszczone, graficzne przedstawienie równania reakcji sodu z chlorem (cząsteczkowym)
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Związki jonowe

Wiązanie jonowe (niezależnie od wartości $∆ E$ ) występuje m.in. w:

tlenkach metali aktywnych, np. $K_{2} O$ ;

wodorkach litowców i berylowców (z wyjątkiem berylu i magnezu), np. $NaH$ ;

wodorotlenkach metali aktywnych, np. $KOH$ ;

solach metali aktywnych, np. $NaCl$ , ${KNO}_{3}$ .

Ważne!

Należy pamiętać, że nie istnieją pojedyncze cząsteczki związku jonowego. Wzór sumaryczny takiego związku (np. $CaO$ , $NaCl$ ) określa rodzaj jonów w sieci krystalicznej oraz ich stosunek ilościowy.

Polecenie 2

Czy wiesz, jak powstają wiązania jonowe? Zapoznaj się z filmem, zwróć uwagę na elementy tworzące wiązania jonowe oraz rozwiąż ćwiczenia.

R1LXzb4A7OMoL

Samouczek pt. Jak powstają wiązania jonowe?
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 1

Na podstawie powyższej animacji określ, jaką wielkość stosujemy przy określaniu rodzaju wiązania chemicznego? Jaką ta wielkość przyjmuje wartość dla wiązania jonowego?

R1WtMil8PEl2W

RxASCp3EkvYYv

Do określenia rodzaju wiązania chemicznego możemy wykorzystać wartość różnicy elektroujemności atomów tworzących to wiązanie pierwiastków chemicznych. Wiązania jonowe powstają pomiędzy atomami pierwiastków, w których różnica elektroujemności jest na ogół większa od $1,7$ (wg skali Paulinga).

Ćwiczenie 2

Wyznacz różnicę elektroujemności między atomem potasu a atomem jodu, a następnie określ, w jaki sposób tworzą się wiązania w kryształach jodku potasu ( $KI$ ). Napisz odpowiednie równania procesów jonizacji.

RY7JbQdurdfdD

RqArgfAVMoTVD

Pomimo różnicy elektroujemności mniejszej od $1,7$ , w jodku potasu występuje wiązanie jonowe.

E_{K} = 0,9

E_{I} = 2,5

∆ E = 1,6

– wiązanie jonowe

K \to K^{+} + e^{-}

I + e^{-} \to I^{-}

K^{+} + I^{-} \to KI

Ćwiczenie 3

Wyznacz różnicę elektroujemności między atomem wapnia i atomem chloru, a następnie określ, w jaki sposób tworzą się wiązania w kryształach chlorku wapnia ${CaCl}_{2}$ . Napisz odpowiednie równania procesów jonizacji.

RfTU0QLAvV3uq

R6NQn0lDXVs87

E_{Ca} = 1,0

E_{Cl} = 3,0

∆ E = 2,0 \Rightarrow wiązanie jonowe

Ca \to {Ca}^{2 +} + 2 e^{-}

Cl + e^{-} \to {Cl}^{-}

{Cl}_{2} + 2 e^{-} \to 2 {Cl}^{-}

{Ca}^{2 +} + 2 {Cl}^{-} \to {CaCl}_{2}

bg‑blue

Notatnik

R17TY7A3VUjRk

Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Jak powstają wiązania kowalencyjne?

Wiązanie jonowe

Związki jonowe

Notatnik