Ионная связь
Для образования иона из атома, последний должен отдать электрон (образуется положительно заряженный ион) или принять электрон (образуется отрицательно заряженный ион).
Способностью наиболее легко отдавать электроны обладают атомы элементов, имеющих наименьшую энергию ионизации, а принимать электроны ─ имеющих наибольшее сродство к электрону (рис. 2.2). Наименьшей энергией ионизации обладают атомы щелочных и щелочноземельных металлов, при образовании ионной связи они будут образовывать положительно заряженные ионы, отдавая электроны. Атомы галогенов имеют наибольшее сродство к электрону, и они будут принимать электроны, образуя отрицательно заряженные ионы. Типично ионные соединения образуются при взаимодействии щелочных и щелочноземельных металлов с галогенами, например, NaCl, KF и т.п.
Образование ионов иногда объясняют стремлением атомов к устойчивой восьмиэлектронной конфигурации внешнего электронного слоя ─ s2 p6. В этом случае атомы металлов отдают электроны атомам неметаллов, и у тех, и у других ионов во внешнем слое будет по восемь электронов (рис. 2.13).
Рис. 2.13 ─ Образование ионной связи между атомами натрия и хлора
Взаимодействие между ионами осуществляется независимо от направления, поэтому ионная связь не обладает направленностью, а также не обладает насыщаемостью, т.к. к данному иону может присоединиться различное число ионов противоположного знака. Соединения, построенные по ионному типу связи, являются кристаллическими телами и их можно рассматривать как одну гигантскую «молекулу».
Ионные кристаллы представляют собой плотнейшую упаковку положительно и отрицательно заряженных ионов с максимальным электростатическим притяжением между ближайшими соседями.
Современные методы экспериментальных исследований показывают, что в кристаллах таких соединений сохраняется некоторая доля ковалентности, т.к. электроны не переходят полностью от одних атомов к другим. Поэтому принято говорить об определённой степени ионности связи в зависимости от разности в электроотрицательности взаимодействующих атомов.
2.3 Заключение. Свойства соединений в зависимости от типа химичесой связи
Ковалентная связь описывает соединения, в которых два атома жёстко связаны друг с другом и образуют молекулы в газообразном и жидком состоянии, а в твёрдом ─ ковалентные кристаллы (рис. 2.14). Примером молекул, построенных по типу ковалентной неполярной связи, служат двухатомные молекулы газов: H2, N2, O2, Cl2, F2, которые существуют как автономные системы, т.к. ковалентная неполярная связь двухатомная и двуцентровая. Твёрдые вещества с ковалентной решёткой обладают высокими температурами плавления, высокой твёрдостью, хрупкостью, нерастворимостью.
Большинство химических соединений можно представить образованными по ковалентному полярному типу химической связи. Вследствие смещения электронной плотности к более ЭО атому и направленности в пространстве ковалентной химической связи молекулы, как правило, представляют собой диполи.
Наличие диполя молекулы в значительной мере определяет её химические свойства. Появляется сильное межмолекулярное взаимодействие, что влияет на температуры фазовых переходов, растворимость, способность молекул вступать в химическое взаимодействие. Электролитическая диссоциация полярных молекул связана с тем, что они реагируют на электрические поля, создаваемые диполями растворителя.
Рис. 2.14 ─ Распределение электронной плотности
в основных типах химической связи
Ионная связь (рис. 2.14) рассматривается как предельный случай полярной связи, когда при очень большой разности в ЭО между взаимодействующими атомами наблюдается почти полный переход электрона с АО металла на АО неметалла. Ионная связь характерна для веществ в твёрдом состоянии. Кристаллы, описываемые ионной связью, уступают по прочности атомным решёткам, но они также хрупки и разрушаются по граням кристаллических решёток. Это обстоятельство следует иметь ввиду, рассматривая механические свойства бетона.
В кристаллах металлов (рис. 2.14) нет локализованных в пространстве химических связей, т.к. электроны легко переходят с заполненных на незаполненные МО. Металлы и металлоподобные сплавы пластичны, имеют высокую электро- и теплопроводность, но, в то же время, легко окисляются. Причиной таких свойств является наличие свободно перемещающихся и без больших энергетических затрат отдаваемых электронов.
Как следует из вышеизложенного, простые вещества, состоящие из атомов одного вида, могут быть построены по ковалентному неполярному или металлическому типу химической связи.