Wiązanie jonowe może zostać utworzone przez atomy pierwiastków chemicznych, znacznie różniących się elektroujemnościąelektroujemnośćelektroujemnością (zwykle ). 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 (). W celu uzyskania trwałej energetycznie konfiguracji elektronowej, atom sodu oddaje jeden elektron walencyjny, tworząc kation . Atom fluoru przyjmuje jeden elektron „oddany” przez atom sodu i również uzyskuje w ten sposób trwałą konfigurację elektronową. Tym samym atom fluoru tworzy anion . Przeciwnie naładowane jony przyciągają się siłami elektrostatycznymi.
RLa8mhySP0aJ6
Animacja przedstawiająca powstawanie fluorku sodu. 1. Atom sodu posiadający jedenaście elektronów, w tym dwa na pierwszej powłoce, osiem na drugiej i jeden na trzeciej oraz atom fluoru posiadający dziewięć elektronów, w tym dwa na pierwszej powłoce i siedem na drugiej. 2. Atom sodu przekazuje elektron atomowi fluoru, to jest atom z zewnętrznej powłoki elektronowej atomu sodu przenosi się na zewnętrzną powłokę elektronową atomu fluoru. Zatem atom sodu, oddając elektron atomowi fluoru, zyskał ładunek dodatni, to jest powstał kation sodowy, zaś atom fluoru przyjmując elektron od atomu sodu zyskał ładunek ujemny, powstał anion fluorkowy.
Animacja przedstawiająca powstawanie fluorku sodu. 1. Atom sodu posiadający jedenaście elektronów, w tym dwa na pierwszej powłoce, osiem na drugiej i jeden na trzeciej oraz atom fluoru posiadający dziewięć elektronów, w tym dwa na pierwszej powłoce i siedem na drugiej. 2. Atom sodu przekazuje elektron atomowi fluoru, to jest atom z zewnętrznej powłoki elektronowej atomu sodu przenosi się na zewnętrzną powłokę elektronową atomu fluoru. Zatem atom sodu, oddając elektron atomowi fluoru, zyskał ładunek dodatni, to jest powstał kation sodowy, zaś atom fluoru przyjmując elektron od atomu sodu zyskał ładunek ujemny, powstał anion fluorkowy.
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 , strzałka w prawo, za strzałką kation sodowy dodać elektron . Poniżej znajduje się zapis klatkowy konfiguracji elektronowej atomu sodu. Pojedyncza klatka z podpisem zawierająca dwie strzałki, jedną skierowaną do góry, zaś drugą do dołu; pojedyncza klatka z podpisem zawierająca dwie strzałki, jedną skierowaną do góry, zaś drugą do dołu; trzy połączone ze sobą klatki z podpisem , każda zawierająca dwie strzałki, jedną skierowaną do góry, zaś drugą do dołu; pojedyncza klatka z podpisem zawierająca jedną strzałkę skierowaną do góry. Dalej przedstawiony jest zapis klatkowy konfiguracji elektronowej kationu sodowego. Pojedyncza klatka z podpisem zawierająca dwie strzałki, jedną skierowaną do góry, zaś drugą do dołu; pojedyncza klatka z podpisem zawierająca dwie strzałki, jedną skierowaną do góry, zaś drugą do dołu; trzy połączone ze sobą klatki , każda zawierająca dwie strzałki, jedną skierowaną do góry, zaś drugą do dołu. Dalej atom fluoru dodać elektron , strzałka w prawo, za strzałką anion fluorkowy . Poniżej zapis klatkowy konfiguracji elektronowej atomu fluoru. Pojedyncza klatka z podpisem zawierająca dwie strzałki, jedną skierowaną do góry, zaś drugą do dołu; pojedyncza klatka z podpisem zawierająca dwie strzałki, jedną skierowaną do góry, zaś drugą do dołu; trzy połączone ze sobą klatki z podpisem , 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 zawierająca dwie strzałki, jedną skierowaną do góry, zaś drugą do dołu; pojedyncza klatka z podpisem zawierająca dwie strzałki, jedną skierowaną do góry, zaś drugą do dołu; trzy połączone ze sobą klatki z podpisem , 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.
1
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
Ilustracja przedstawiająca komórkę elementarną chlorku sodu, która zbudowana jest z kationów sodowych i anionów chlorkowych. Z czego każdy kation sodowy otoczony jest przez sześć anionów chlorkowych rozmieszczonych na ścianach sześcianu, w którego środku znajduje się kation sodowy. Podobnie każdy anion chlorkowy otoczony jest przez sześć kationów sodowych.
Ilustracja przedstawiająca komórkę elementarną chlorku sodu, która zbudowana jest z kationów sodowych i anionów chlorkowych. Z czego każdy kation sodowy otoczony jest przez sześć anionów chlorkowych rozmieszczonych na ścianach sześcianu, w którego środku znajduje się kation sodowy. Podobnie każdy anion chlorkowy otoczony jest przez sześć kationów sodowych.
Grafika 360° komórki elementarnej kryształu chlorku sodu. Kolorem niebieskim oznaczono jony sodu (), natomiast kolorem zielonym jony chlorkowe ()
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 dodać anion chlorkowy , na którym zaznaczono wolne pary elektronowe za pomocą czterech kresek. Poniżej zapis w ujęciu powłokowym dla sodu , strzałka w prawo, za strzałką kation sodu z zapełnionymi powłokami , odpowiadają one konfiguracji neonu . Dalej zapis w ujęciu powłokowym dla chloru , strzałka w prawo, za strzałką anion chlorkowy z zapełnionymi powłokami , odpowiadają one konfiguracji argonu .
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 strzałka w prawo, za strzałką kation . Dla chloru , strzałka w prawo, za strzałką anion chlorkowy .
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 oraz anionów chlorkowych , 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.
bg‑azure
Związki jonowe
Wiązanie jonowe (niezależnie od wartości ) występuje m.in. w:
tlenkach metali aktywnych, np. ;
wodorkach litowców i berylowców (z wyjątkiem berylu i magnezu), np. ;
wodorotlenkach metali aktywnych, np. ;
solach metali aktywnych, np. , .
Ważne!
Należy pamiętać, że nie istnieją pojedyncze cząsteczki związku jonowego. Wzór sumaryczny takiego związku (np. , ) określa rodzaj jonów w sieci krystalicznej oraz ich stosunek ilościowy.
Słownik
wiązanie jonowe
wiązanie jonowe
elektrostatyczne oddziaływanie między przeciwnie naładowanymi jonami, powstającymi wskutek przeniesienia elektronu (elektronów) z atomu pierwiastka mniej elektroujemnego do atomu pierwiastka bardziej elektroujemnego
elektroujemność
elektroujemność
miara zdolności atomów w cząsteczkach związków chemicznych do przyciągania elektronów
Bibliografia
Krzeczkowska M., Loch J., Mizera A., Repetytorium chemia: Liceum - poziom podstawowy i rozszerzony, Wydawnictwo Szkolne PWN, Warszawa - Bielsko‑Biała 2010.
