Ионная связь

Ионная связь – это связь между ионами, осуществляемая электростатическим притяжением. Она образуется между элементами, которые резко отличаются по электроотрицательности (типичные металлы с типичными неметаллами). Атомы металлов отдают свои валентные электроны и превращаются в положительно заряженные ионы, а атомы неметаллов принимают электроны и превращаются отрицательно заряженные ионы. Положительно и отрицательно заряженные ионы притягиваются, образуя ионные соединения. Например, при образовании хлорида натрия атом натрия отдает один электрон и приобретает электронную конфигурацию перед ним стоящего инертного элемента (₁₀Ne 1s² 2s² 2p⁶; ₁₁Na⁺ 1s² 2s² 2p⁶), а атом хлора принимает его и приобретает электронную конфигурацию за ним стоящего инертного элемента:

(₁₈Аr 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶; ₁₇Сl^– 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3р⁶):

Na° – ē = Na⁺

С1° + ē = Сl^–

Между ионами Na⁺ и Сl^– возникают силы электростатического притяжения, в результате чего и образуется хлорид натрия:

Na⁺ + Сl^– = NaCl

Следует отметить, что валентность элемента в соеди­нениях с ионными связями равна его степени окисления, т. е. числу отданных или принятых электронов. Согласно современной теории химической связи механизм образования ионной связи такой же, как и ковалентной (путем перекрывания электронных облаков), но с последующим переходом общей электронной пары к резко электроотрицательному элементу, например:

Следовательно, природа химической связи едина, и ионную связь рассматривают как предельный случай ковалентно–полярной связи. Поэтому говорят о степени ионности связи. Даже в таком соединении как CsF ионная связь выражена только на 89 %, т. е. молекул с чисто ионной связью нет. Степень ионности связи возрастает с увеличением разно­сти электроотрицательности образующих ее атомов, табл. 9.

Таблица 9 – Зависимость степени ионности от разности ЭО атомов

Разность ЭО атомов	0	0,5	1,0	1,5	1,7	2,0	2,5	3,0
Степень ионности	0	6	22	44	50	63	79	89

Связи с разностью ЭО больше 1,7 относятся к ионным, а с меньшей – к ковалентным полярным.

Ионная связь, в отличие от ковалентной, не обладает направленностью и насыщаемостью. Электрическое поле иона имеет сферическую симметрию, поэтому взаимодействие между ионами осуществляется одинаково, независимо от направления.

Кроме того, взаимодействие двух противоположно заряженных ионов не приводит к полной компенсации их полей, они сохраняют способность притягивать ионы противоположного знака. Поэтому ионная связь не обладает насыщаемостью. Следствием особенностей ионной связи является соединение ионов с образованием ионной кристаллической решетки. Например, в кристалле Na⁺Cl^– каждый ион Na⁺ окружен ионами Cl^– и наоборот. А молекулы хлорида натрия NaCl образуются только в газообразном состоянии.

Металлическая связь

Атомы металлов на внешнем энергетическом уровне имеют небольшое число электронов, но много свободных валентных орбиталей, кроме этого они обладают большими радиусами и низкой энергией ионизации. При сближении атомов в результате образования кристаллической решетки валентные орбитали соседних атомов перекрываются, в образовавшемся кристалле число электронов значительно меньше числа орбиталей и поэтому электроны свободно движутся из одной орбитали в другую, становятся общими и осуществляют связь между всеми атомами кристалла металла. Схематически для описания металлической связи используют модель «свободного электрона». Согласно этой модели атомы металлов отдают наружные электроны и превращаются в поло­жительно заряженные ионы. Оторвавшиеся от атомов электро­ны образуют «электронный газ», который равномерно распре­деляется между всеми ионами и соединяет их.

Металлическая – это связь между положительными ионами металлов и оторвавшимися электронами. Она харак­терна для металлов в твердом и жидком состоянии, а в паро­образном – атомы металлов связаны между собой ковалентной связью. Пары металлов состоят из отдельных молекул (Na₂, K₂, Сu₂ и т.д.).

Металлическая связь имеет черты сходства и отличия с ковалентной и ионной связями. Как при ковалентной, так и при металлической, валентные электроны переходят в общее пользование. Но в случае металлической связи эти электроны связывают все атомы данного образца металла, а в случае ковалентной связи – два атома. В отличие от ковалентной связи металлическая связь не имеет направленного характе­ра. Как при ионной связи, так и при металлической, имеются ионы. Но в металлах положительные ионы удерживаются свободно перемещающимися электронами, а в веществах с ионной связью – отрицательно заряженными ионами.