2.3.1. Іонний зв’язок

У багатоелектронних атомах зовнішні (валентні) електрони з різною силою притягуються ядром. Ця сила тим менша, чим більший радіус атома і чим більше електронів знаходиться між ядром і валентними електронами.

Кількісно взаємодію валентних електронів із ядром оцінюють електронегативністю . Якщо різниця електронегативностей тих атомів, що взаємодіють, перевищує 1,9 ( за літієвою шкалою), то має місце іонний зв'язок. Наприклад, у разі взаємодії натрію (_Nа=0,9) з хлором (_Cl=3,0) різниця електронегативностей становить 2,1 і є більша за 1,9, тому в даному випадку утворюється іонна сполука – натрій хлорид.

В іонних сполуках атоми локалізують на собі значну кількість електричного заряду і розглядаються як самостійно заряджені частки  іони.

Слід зауважити, що в речовині електричний заряд, який локалізується на атомах, завжди менший 1, навіть у випадку утворення сполуки з максимальною різницею електронегативностей складових елементів. Прикладом такої сполуки є цезій флуорид (СsF), де _CsF=_Cs_F=3,3. У цій солі заряд іонів Цезію становить (+0,89), а іонів Флуору відповідно (–0,89).

Не мають заряду, більшого за 1, і одноатомні багатозарядні іони: О^2, S^2, N^3, С^4 тощо. Це пов’язано з тим, що приєднання до атомів двох і більше електронів з енергетичних міркувань (доведено квантово-хімічними розрахунками) практично неможливе. Так, у кальцій оксиді (СаО) заряд іонів Ca²⁺ дорівнює (+0,8), іонів O^2  (–0,80).

У той же час існування багатоатомних іонів типу СО₃^2, РО₄^3, заряд яких перевищує 1, можливе, оскільки в них надлишок електронної густини розподіляється між усіма атомами, що входять до складу групи.

Отже, іонний зв'язок  це електростатична взаємодія катіонів і аніонів. Характерні ознаки іонного зв'язку: ненапрямленість і ненасиченість.

Ненапрямленість іонного зв'язку обумовлена тим, що електричне поле зарядженої частинки поширюється в просторі в усіх напрямках.

Відсутність фізичних обмежень для взаємодії зарядженої частинки з будь-якою кількістю інших заряджених частинок обумовлює ненасиченість іонного зв'язку. Як наслідок  кожна частинка певного заряду оточує себе максимально можливою кількістю частинок, які мають заряд протилежного знака. Так, у кристалах натрій хлориду (NаСl) кожен катіон Na⁺ безпосередньо контактує аж із шістьма аніонами Сl^. З такою ж кількістю катіонів Nа⁺ контактує кожен аніон Сl^.

Здатність притягувати до себе певну кількість протиіонів оцінюють координаційним числом (к.ч.). У випадку NаСl координаційне число в іонів Сl^ і Nа⁺ однакове і дорівнює 6.

Зрозуміло, що величина к.ч. залежить від співвідношення радіусів катіонів та аніонів: R(Каt)/R(Аn). Якщо R(Каt)/R(Аn) знаходиться в інтервалі 1,37  0,73, то к.ч. = 8, що відповідає кубічній структурі кристалічної решітки. Якщо R(Каt)/R(Аn) = 0,730,41, реалізується октаедрична структура з к.ч. = 6, а якщо R(Каt)/R(Аn) < 0,41  встановлюється тетраедричне оточення іонів з к.ч. = 4.

Особливість упорядкованого розташування в кристалічній решітці катіонів і аніонів обумовлює наявність у речовин з іонним типом хімічного зв'язку таких специфічних властивостей, як твердість і крихкість.

Значна твердість кристалічних речовин пов'язана з тим, що кожен іон, взаємодіючи з великою кількістю протиіонів, міцно утримується у своєму вузлі, і для того щоб змістити один шар іонів відносно інших, потрібно докласти великих зусиль. Але якщо це вдається, то, як видно з рис. 11, кожен іон попадає на однойменні частинки, внаслідок чого іонні шари різко відштовхуються і кристал розділяється. У результаті багаторазової інтенсивної механічної дії кристал розпадається на велику кількість дрібних частинок, тобто розкришується.

Тиск ΘΘ  ΘΘ  ΘΘ  Тріщина

ΘΘ ΘΘ

ΘΘ

Відштовхування

Рис. 11. Механізм кришіння кристалічної речовини