Obligacje jonowe: definicja, tworzenie, charakterystyka i przykłady

Wiązania jonowe są niezwykłą cechą wiązań chemicznych. Występują, gdy dwa atomy, jeden o ładunku dodatnim, a drugi o ładunku ujemnym, przyciągają się ze względu na ich siły elektrostatyczne. Powoduje to wiązanie jonowe, takie wiązania zwykle tworzą się między metalami i niemetalami i skutkują związkami jonowymi.

Musimy wziąć pod uwagę kilka ważnych faktów dotyczących wiązań jonowych:

1. Pochodzą z elektrowalentnego wiązania między przeciwnie naładowanymi jonami, głównie z powodu przyciągania elektrostatycznego między kationem a anionem.
2. Przykładami związków jonowych są chlorek sodu (NaCl), w którym atom sodu oddaje swój elektron walencyjny atomowi chloru, tworząc kation sodu (Na+) i anion chlorkowy (Cl-).
3. W porównaniu z wiązaniami kowalencyjnymi, wiązania jonowe mają inne właściwości, takie jak wyższe temperatury topnienia i wrzenia, dzięki silnym interakcjom utrzymującym je razem.

Niektóre związki chemiczne mogą mieć częściowo kowalencyjny charakter. Obejmuje to wspólną dystrybucję elektronów między atomami wiążącymi. Jednak związki jonowe są utrzymywane głównie przez wiązania jonowe.

To było fajans i Chwytak który jako pierwszy zaproponował koncepcję wiązania elektrowalentnego lub jonowego na początku XX wieku. Zauważyli, że niektóre związki wykazywały wysoką przewodność elektryczną po rozpuszczeniu w wodzie lub stopieniu, co wskazywało na obecność ruchomych jonów. To zainspirowało do dalszych badań nad tego rodzaju wiązaniami chemicznymi, prowadząc do lepszego wglądu w to, jak pierwiastki wchodzą w interakcje i tworzą związki.

Definicja wiązania jonowego

Wiązania jonowe są wiązania elektrowalentne lub elektrostatyczne, znane również jako związki jonowe. Tworzą się, gdy jeden atom przekazuje jeden lub więcej elektronów innemu atomowi. Powoduje to, że dwa przeciwnie naładowane jony – kation i anion – są utrzymywane razem przez przyciąganie elektrostatyczne.

Chlorek sodu (NaCl) jest typowym przykładem. 

Historia wiązań jonowych sięga końca XIX wieku. Svante Arrhenius zaproponował koncepcję elektrolitów, substancji dysocjujących na jony. To było podstawą naszego zrozumienia cząsteczek związanych jonowo.

Tworzenie wiązania jonowego

Proces tworzenia wiązania jonowego obejmuje przyciąganie elektrostatyczne między jonami naładowanymi dodatnio i ujemnie. Ten rodzaj wiązania chemicznego jest również znany jako wiązanie elektrowalencyjne. Wiązania jonowe zwykle tworzą się między a metal i niemetal, w wyniku czego powstaje związek jonowy.

Aby zrozumieć tworzenie wiązania jonowego, weźmy przykład chlorek sodu (NaCl). Sód, metal, ma jeden elektron walencyjny na najbardziej zewnętrznym poziomie energii. Chlor, niemetal, ma siedem elektronów walencyjnych. Aby osiągnąć stabilną konfigurację elektronową, sód ma tendencję do utraty elektronu walencyjnego, stając się dodatnio naładowanym jonem lub kationem. Z drugiej strony chlor ma tendencję do pozyskiwania jednego elektronu, aby uzupełnić swój oktet, stając się ujemnie naładowanym jonem lub anionem.

Kiedy sód i chlor spotykają się, przyciąganie elektrostatyczne między przeciwnie naładowanymi jonami powoduje ich wiązanie. Atom sodu przekazuje swój elektron walencyjny atomowi chloru, w wyniku czego powstają jony Na+ i Cl-. Połączenia dodatnio naładowany jon sodu przyciąga do ujemnie naładowany jon chlorkowy, tworząc silne wiązanie jonowe. To wiązanie jest utrzymywane razem przez przyciąganie elektrostatyczne między dwoma jonami.

Należy zauważyć, że w wiązaniu jonowym elektrony są przenoszone, a nie dzielone jak w wiązaniu kowalencyjnym. Przeniesienie elektronów prowadzi do powstania jonów o przeciwnych ładunkach, które następnie przyciągają się, tworząc wiązanie jonowe. Ten typ więzi charakteryzuje się tzw silne przyciąganie elektrostatyczne pomiędzy przeciwnie naładowanymi jonami.

• Związki jonowe, takie jak chlorek sodu, mają wysokie temperatury topnienia i wrzenia ze względu na silne wiązania jonowe, które utrzymują je razem. 
• Wykazują również pewne właściwości, takie jak przewodnictwo, które wynikają z ich jonowego charakteru. 
• Po rozpuszczeniu w wodzie związki jonowe dysocjują na składowe jony, dzięki czemu roztwór może przewodzić prąd.

Podsumowując, tworzenie wiązania jonowego polega na całkowitym przeniesieniu jednego lub więcej elektronów z jednego atomu na drugi, co skutkuje przyciąganiem się jonów o przeciwnych ładunkach. Ten rodzaj wiązania powstaje między metalem a niemetalem, prowadząc do powstania związków jonowych. Dzięki zrozumieniu procesu tworzenia wiązań jonowych możemy lepiej zrozumieć unikalne właściwości i właściwości tych związków.

Transfer elektronów

Przenoszenie elektronów jest kluczową koncepcją w tworzeniu wiązania jonowego. Zagłębmy się w szczegóły! Poniższa tabela ilustruje, w jaki sposób atomy wymieniają elektrony, tworząc jony. Jeden atom traci elektrony, stając się jonem dodatnim, podczas gdy drugi zyskuje elektrony, stając się jonem ujemnym.

Atom	Utrata elektronów	Ładunek jonowy
Sód	1	+1
Chlor	1	-1

Interesujące jest to, że pewne pierwiastki zawsze tracą lub zyskują określoną liczbę elektronów. Na przykład, sód oddaje jeden elektron, stając się jonem dodatnim o ładunku netto +1, podczas gdy chlor przyjmuje jeden elektron, stając się jonem ujemnym o ładunku wypadkowym -1. Ta wymiana elektronów jest tym, co tworzy silne siły przyciągania między jonami.

Ta koncepcja jest niezbędna do zrozumienia wielu reakcji i związków chemicznych. Pomaga naukowcom manipulować materiałami i tworzyć nowe substancje o pożądanych właściwościach.

Przyciąganie elektrostatyczne

Przyciąganie elektrostatyczne występuje, gdy dodatnio i ujemnie naładowane jony przyciągają się do siebie. Tworzy to wiązanie jonowe. 

Jeśli chcesz manipulować przyciąganiem elektrostatycznym, możesz skorzystać z kilku wskazówek. 

• Po pierwsze, zwiększ ładunek dowolnego jonu, np. jonami wielowartościowymi. 
• Po drugie, zmniejsz odległość między jonami, stosując wydajne upakowanie lub koordynację w strukturze sieci krystalicznej. 

W ten sposób można poprawić właściwości materiału.

Charakterystyka związków jonowych

W przeciwieństwie do wiązań kowalencyjnych, w których elektrony są wspólne dla atomów, wiązania jonowe wynikają z całkowitego przeniesienia jednego lub więcej elektronów z jednego atomu na drugi. Charakterystykę związków jonowych można podsumować w następujący sposób:

• Zbudowane są związki jonowe jony o przeciwnych ładunkach połączone wiązaniami jonowymi. Przykłady związków jonowych obejmują chlorek sodu (NaCl), węglan wapnia (CaCO₃) i jodek potasu (KI).
• Związki jonowe mają wysokie temperatury topnienia i wrzenia. Dzieje się tak, ponieważ przyciąganie elektrostatyczne między przeciwnie naładowanymi jonami jest silne i wymaga znacznej ilości energii do rozerwania wiązań jonowych i przekształcenia stałego związku w ciecz lub gaz.
• Związki jonowe mają struktura krystaliczna. Jony w związku jonowym są ułożone w regularny, powtarzający się wzór zwany siecią krystaliczną. Ta struktura przyczynia się do charakterystycznej kruchości związków jonowych, ponieważ sieć może łatwo pękać wzdłuż pewnych płaszczyzn.
• Często występują związki jonowe Rozpuszczalny w wodzie. Kiedy związek jonowy rozpuszcza się w wodzie, cząsteczki wody otaczają poszczególne jony, oddzielając je od siebie i umożliwiając im swobodne poruszanie się w roztworze. Ta zdolność do dysocjacji na jony w wodzie nadaje związkom jonowym ich charakterystyczne przewodnictwo.
• Związki jonowe są zwykle tworzone pomiędzy metale i niemetale. Metale mają tendencję do utraty elektronów i tworzenia dodatnio naładowanych kationów, podczas gdy niemetale mają tendencję do pozyskiwania elektronów i tworzenia ujemnie naładowanych anionów. Ten transfer elektronów prowadzi do powstania jonów o przeciwnych ładunkach, które są utrzymywane razem przez przyciąganie elektrostatyczne.

Związki jonowe mają unikalne właściwości, takie jak wysokie temperatury topnienia i wrzenia, struktury krystaliczne, rozpuszczalność w wodzie i tworzenie jonów o przeciwnych ładunkach. Te właściwości czynią je ważnymi w różnych aspektach chemii, takich jak tworzenie soli i przewodnictwo elektrolitów. Zrozumienie właściwości związków jonowych jest niezbędne do badania ich zachowania i zastosowań w różnych dziedzinach.

Jony o przeciwnym ładunku

Jony to naładowane cząstki powstające, gdy atomy zyskują lub tracą elektrony. 

• Kationy mają ładunek dodatni ze względu na mniejszą liczbę elektronów niż protonów. Przykłady obejmują Na⁺, K⁺i Mg²⁺. 
• Aniony zyskały dodatkowe elektrony i mają ładunek ujemny. Przykłady obejmują kl^-, F.^-, i O^2-.

Ich przeciwne ładunki tworzą przyciąganie elektrostatyczne, które tworzą stabilne związki jonowe. Związki te mają silne wiązania, co prowadzi do wysokich temperatur topnienia, struktury krystalicznej i przewodnictwa. Występują powszechnie w przyrodzie i odgrywają istotną rolę w chemii i elektronice.

Wysokie temperatury topnienia i wrzenia

Związki jonowe mają ekstremalne temperatury topnienia i wrzenia ze względu na ich silne wiązania jonowe. Sprawdźmy kilka interesujących danych:

Mieszanka	Temperatura topnienia (°C)	Temperatura wrzenia (° C)
Chlorek sodu	801	1413
Tlenek magnezu	2800	3600
Węglan wapnia	1339	Nie dotyczy *

Węglan wapnia rozkłada się po podgrzaniu, zamiast wrzeć jak inne substancje.

krucha natura

Kruche materiały są znane z tego, że pękają lub pękają pod wpływem naprężeń. Wynika to z wiązania jonowe obecne w tych związkach.

Wiązania te tworzą strukturę sieci krystalicznej. Jony dodatnie i ujemne są utrzymywane razem przez silne siły. Jeśli zostanie przyłożona siła zewnętrzna, wiązania pękają, a materiał rozpada się na kawałki.

Przyjrzyjmy się kilku przykładom związków jonowych i ich kruchości. 

• Chlorek sodu (NaCl), czyli sól kuchenna, jest bardzo krucha. Ciśnienie powoduje, że jony przesuwają się, aż się odpychają, powodując pękanie kryształu.
• Fluorek wapnia (CaF₂) jest stosowany w urządzeniach optycznych ze względu na swoją przezroczystość. Ale jest też kruchy. Siła może spowodować pęknięcie sieci krystalicznej wzdłuż pewnych płaszczyzn, co prowadzi do pęknięć.

Związki te wykazują reakcję w stanie stopionym lub wodnym – wywołując reakcję!

Dobre przewodniki elektryczności w stanie stopionym lub wodnym

W świecie chemii Związki jonowe mieć określone cechy. Jednym z nich jest ich zdolność do przewodzenia prądu elektrycznego w stanie stopionym lub wodnym. Oznacza to, że mogą przenosić prąd elektryczny, co czyni je cennymi.

Związki jonowe zbudowane są z jonów. Są to atomy lub grupy atomów posiadające ładunek elektryczny. Są one utrzymywane razem przez silne siły elektrostatyczne, znane jako wiązania jonowe.

Po stopieniu lub rozpuszczeniu w wodzie wiązania między jonami ulegają zerwaniu. Jony stają się ruchome i swobodnie się poruszają, co pozwala na lepszy przepływ ładunków elektrycznych. Ułatwia to przewodzenie prądu.

Typowe związki jonowe, które wykazują dobrą przewodność w stanie stopionym lub wodnym, obejmują: Chlorek Sodu (NaCl), Azotan Potasu (KNO3) i Siarczan Magnezu (MgSO4).

Zdolność związków jonowych do przewodzenia prądu elektrycznego w stanie stopionym lub wodnym jest istotna dla procesów przemysłowych i badań naukowych. Naukowcy wykorzystali nawet związek jonowy, zwany tlenkiem kobaltu litu (LiCoO₂), aby poprawić wydajność baterii. 

Przykłady wiązań jonowych

Wiązanie jonowe jest rodzajem wiązania chemicznego utworzonego między dwoma przeciwnie naładowanymi jonami. W tym wiązaniu jeden atom przenosi jeden lub więcej elektronów na inny atom, co powoduje powstawanie przyciągania elektrostatycznego między dodatnio naładowanym kationem a ujemnie naładowanym anionem. To przyciąganie jest tym, co utrzymuje jony razem w związku jonowym. Oto lista przykładów

1. Chlorek Sodu (NaCl)
2. Bromek Sodu (NaBr)
3. Fluorek Sodu (NaF)
4. Chlorek potasu (KCl)
5. Jodek Potasu (KI)
6. Bromek Potasu (KBr)
7. Fluorek Potasu (KF)
8. Jodek litu (LiI)
9. Tlenek Litu (Li2O)
10. Tlenek wapnia (CaO)
11. Chlorek wapnia (CaCl2)
12. Siarczan glinu [Al2(SO4)3]
13. Siarczan baru (BaSO4)

Chlorek Sodu (NaCl)

W chlorku sodu sód (Na) ma 1, a chlor (Cl) ma 7 elektron walencyjny. Dlatego Na traci jeden elektron walencyjny, a Cl akceptuje, że ma 8 elektronów na obu powłokach walencyjnych, aby osiągnąć wypełniony oktetem konfiguracja elektronów.

                                         NaCl → Na+ + Cl-

Związek jonowy NaCl

Bromek Sodu (NaBr)

W bromku sodu atom sodu ma jeden elektron na swojej najbardziej zewnętrznej powłoce, a atom bromu ma 7 elektronów na swojej powłoce walencyjnej.  Na traci jeden elektron, który jest akceptowany przez Br, aby uzupełnić swój oktet. Na staje się Na+, a Br staje się Br- po wymianie elektronu walencyjnego.

                                                NaBr → Na+ + Br-

Fluorek Sodu (NaF)

In Fluorek sodu NaF, aby ukończyć stan oktetu, atom fluoru potrzebuje 1 elektronu na swojej powłoce walencyjnej, który otrzymuje od atomu sodu, który ma jeden elektron na swojej powłoce walencyjnej. Na uzyskuje dodatni [Na]+, a F ujemny ładunek [F]–, aw NaF powstaje wiązanie jonowe.

                                           NaF → Na+ + F-

Chlorek Potasu (KCl)

W KCl potas ma jeden, a chlor ma 7 elektronów w odpowiednich powłokach walencyjnych. Cl potrzebuje 1 elektronu, aby zakończyć swój stan oktetu, podczas gdy K ma jeden dodatkowy elektron, aby zostać wypełnionym oktetem. Powstają wiązania jonowe między K i Cl po wymianie elektronów walencyjnych.

                                                 KCl → K+ + Cl-

Jodek Potasu (KI)

W KI jod ma 7 elektronów walencyjnych na swojej powłoce walencyjnej i aby uzyskać kompletny stan oktetu, potrzebuje jeszcze jednego elektronu, który przyjmuje z potasu (K). K traci jeden elektron i uzyskuje ładunek dodatni, podczas gdy jod zabiera ten elektron i uzyskuje ładunek ujemny, tworząc wiązania jonowe.

                                                 KI → K+ + I-

Bromek Potasu (KBr)

W bromku potasu KBr potas ma 1 elektron w powłoce walencyjnej, podczas gdy brom ma siedem elektronów. Stąd K traci swój jedyny elektron walencyjny, aby stać się K+, a Br zyskuje ten elektron i staje się naładowanym ujemnie Br–. Wiązania jonowe powstają między K i Br.

                                               KBr → K+ + Br-

Fluorek Potasu (KF)

W fluorku potasu KF atom fluoru ma 7 elektronów, a atom potasu ma jeden elektron w powłoce walencyjnej. Aby uzyskać stabilną konfigurację (konfigurację wypełnioną oktetem), fluor potrzebuje jednego elektronu w swojej powłoce walencyjnej. Potas przenosi swój elektron walencyjny na fluor i tworzy wiązanie jonowe.

                                             KF → K+ + F-

 Związek jonowy KF

Jodek litu (LiI)

W tym związku jonowym jod ma 7 elektronów w swojej powłoce walencyjnej, aby uzupełnić swój oktet, potrzebuje 1 elektronu. Z drugiej strony lit ma wartościowość jednego elektronu. Traci jeden elektron walencyjny i staje się jonem jednododatnim, a zyskując elektron, jod uzyskuje ładunek ujemny.  

                                               LiI → Li+ + I-

Tlenek Litu (Li2O)

W Li2O każdy lit ma jeden elektron na swojej najbardziej zewnętrznej powłoce, a tlen ma sześć elektronów na powłoce walencyjnej. Aby osiągnąć stan oktetu, tlen potrzebuje 2 elektronów. Oba atomy Li tracą elektrony i stają się naładowane dodatnio, podczas gdy tlen zyskuje te 2 elektrony i staje się naładowany ujemnie.

                                       Li₂O → 2Li+ + O₂-

 związek jonowy Li₂O

Tlenek Wapnia (CaO)

In Tlenek wapnia, Ca ma 2 elektrony walencyjne, podczas gdy tlen ma sześć elektronów walencyjnych na swojej powłoce walencyjnej. Aby ukończyć oktet tlenu, potrzebne są jeszcze dwa elektrony. Wapń traci swoje 2 elektrony i uzyskuje ładunek +2, a tlen zyskuje te elektrony i uzyskuje ładunek 2-.

                                              CaO → Ca²⁺ +O^2-

Chlorek wapnia (CaCl2)

Dwa elektrony walencyjne wapnia są przenoszone na powłokę falbany każdego z atomów chloru. Każdy chlor akceptuje te elektrony i wypełnia swój oktet, ponieważ mają już siedem elektronów w odpowiedniej powłoce walencyjnej. Dlatego wapń staje się Ca²⁺ i każdy z Cl staje się Cl^-.

                                               CaCl₂ → Ok²⁺ + 2 Cl^-

Siarczan glinu [Al₂(SO₄)₃]

Aluminium ma już trzy elektrony na swojej powłoce walencyjnej. Dlatego dwa aluminium mogą przekazać (2*3) = 6 elektronów. Każdy z jonów siarczanowych zawiera ładunek -2. Więc siarczan glinu cząsteczka powstaje między oddziaływaniem dwóch przeciwnych ładunków.

                                       Al₂(SO₄) → 2Al³⁺ + 3SO₄^2-

Siarczan baru (BaSO₄)

Bar ma dwa elektrony walencyjne i po przeniesieniu tych elektronów Ba staje się Ba2+. Jon siarczanowy ma ładunek -2. Dlatego istnieje przyciąganie elektrostatyczne między Ba²⁺ a więc₄^2-i powstaje związek jonowy BaSO4.

                                                BaSOXNUMX₄ → Ba²⁺ + TAK₄^2-

Przykłady wiązań jonowych w prawdziwym życiu

W życiu codziennym obserwuje się następujące przykłady wiązań jonowych

1. Sól kuchenna: Sól kuchenna lub NaCl jest jonowym związkiem krystalicznym
2. Sól jodowana: Jest to mieszanina soli kuchennej z odrobiną soli jodowej.
3. Fluor w paście do zębów: Jony fluorkowe są najczęstszym składnikiem wszystkich past do zębów.
4. Proszek do pieczenia: Soda oczyszczona to nic innego jak wodorowęglan sodu, który jest również związkiem jonowym.
5. Soda do prania: Nazwa chemiczna sody oczyszczonej to dekahydrat węglanu sodu, Na₂CO₃. 10h₂O.
6. Wybielacz domowy: Jest to rozcieńczony roztwór podchlorynu sodu (NaOCl).
7. Konserwant: Benzoesan sodu jest stosowany jako środek konserwujący.
8. Środek przeciwzbrylający: Węglan magnezu, MgCO₃ jest stosowany jako środek przeciwzbrylający.
9. Składniki w środkach zobojętniających: Leki zobojętniające na ogół składają się z węglanu magnezu, trikrzemianu magnezu, węglanu wapnia i węglanu sodu.

Przykłady silnych wiązań jonowych

Przykłady silnych wiązań jonowych wymieniono poniżej:

1. Tlenek magnezu (MgO)
2. Siarczan baru (BaSO4)
3. Siarczan glinu [Al2(SO4)3]
4. Siarczan Magnezu (MgSO4)
5. Węglan magnezu (MgCO3)
6. Tlenek wapnia (CaO)
7. Węglan baru (BaCO3)

Przykłady słabych wiązań jonowych

Przykłady słabych wiązań jonowych wymieniono poniżej:

1. Fluorek cezu (CsF)
2. Fluorek baru (BaF2)
3. Fluorek srebra (AgF)
4. Jodek litu (LiI)
5. bromek litu (LiBr)
6. Siarczan litu (LiSO4)
7. Fluorek potasu (KF)

Jaka jest różnica między wiązaniem jonowym a wiązaniem kowalencyjnym?

Wiązanie jonowe	Wiązanie kowalencyjne
Kiedy siła przyciągania wiąże się w przeciwieństwie do jonów, jest to znane jako wiązanie jonowe.	Kiedy dwa atomy zostają ustabilizowane przez wspólne elektrony, jest to znane jako wiązanie kowalencyjne.
Wiązanie jonowe tworzy się między atomami elektrododatnimi i elektroujemnymi.	Wiązanie kowalencyjne tworzy się między tymi samymi lub różnymi atomami.
Jest to wiązanie bezkierunkowe.	Jest to wiązanie kierunkowe.
Związki jonowe (połączone wiązaniami jonowymi) mają wysoką temperaturę topnienia i wrzenia.	Związki kowalencyjne (utrzymywane przez wiązania kowalencyjne) mają niskie temperatury topnienia i wrzenia.
Związki jonowe są rozpuszczalne w rozpuszczalnikach polarnych i nierozpuszczalne w rozpuszczalnikach niepolarnych.	Związki kowalencyjne są nierozpuszczalne w rozpuszczalnikach polarnych i rozpuszczalne w rozpuszczalnikach niepolarnych.

Różnica między wiązaniem jonowym a wiązaniem kowalencyjnym

Różnica w udostępnianiu elektronów

Dzielenie się elektronami jest kamieniem węgielnym w chemii. Odróżnia wiązanie jonowe od wiązania kowalencyjnego. Przyjrzyjmy się ich kluczowym różnicom, oceniając sposób udostępniania elektronów. Tabela pomoże nam to lepiej zwizualizować:

Nieruchomość	Wiązanie jonowe	Wiązanie kowalencyjne
Natura Bonda	Powstały między jonami	Powstały między atomami
Udostępnianie elektronów	Całkowity transfer elektronów	Udostępnianie elektronów
Przyciąganie elektronów	Silne przyciąganie elektrostatyczne pomiędzy	Stosunkowo słaby
Szkolenie	Między metalami a niemetalami	Tylko między niemetalami
Wynikowy związek	Związek jonowy	Cząsteczka
Punkty topnienia i wrzenia	Wysoki	niski

Wiązania jonowe występują, gdy elektrony całkowicie przechodzą między jonami. Tworzy to związek jonowy, zwykle między metalami i niemetalami. Przyciąganie elektronów w wiązaniach jonowych jest silne z powodu sił elektrostatycznych między przeciwnie naładowanymi jonami.

W przeciwieństwie, wiązania kowalencyjne obejmują elektrony wspólne dla atomów. Może się to zdarzyć tylko między niemetalami, tworząc cząsteczki. Przyciąganie elektronów w wiązaniach kowalencyjnych jest stosunkowo słabe, ponieważ wspólne elektrony nie są zlokalizowane na określonych atomach.

Patrząc na te różnice w udziale elektronów, oczywiste jest, że pewne cechy wynikają z każdego rodzaju wiązania. Aby pomóc w zrozumieniu i zastosowaniu:

1. Zidentyfikuj elementy: Dowiedz się, czy jest to związek jonowy czy kowalencyjny, sprawdzając, czy obecne są metale lub niemetale.
2. Oceń transfer/udostępnianie elektronów: Sprawdź, czy zachodzi całkowite przeniesienie elektronów (wiązanie jonowe) lub współdzielenie elektronów (wiązanie kowalencyjne) między atomami.
3. Poznaj powstałe związki: Wiązania jonowe tworzą związki jonowe, podczas gdy wiązania kowalencyjne tworzą cząsteczki. Pomaga to przewidywać i rozumieć właściwości związków.
4. Spójrz na temperatury topnienia/wrzenia: Wyższe temperatury topnienia/wrzenia zwykle wskazują na związki jonowe, podczas gdy niższe wartości wskazują na związki kowalencyjne.

Dzięki tym wskazówkom można rozróżnić wiązania jonowe i kowalencyjne na podstawie ich wzorców współdzielenia elektronów. Ta wiedza jest niezbędna do zrozumienia reakcji chemicznych i odpowiadających im właściwości. Jedna więź jest lepka jak koala, podczas gdy druga jest bardziej luźna i gęsia jak śliski węgorz.

Różnica w sile więzi

Wiązanie jonowe	Wiązanie kowalencyjne
Wiązania jonowe są silne dzięki przyciąganiu elektrostatycznemu między przeciwnie naładowanymi jonami.	Wiązania kowalencyjne są słabe, ponieważ wspólne elektrony nie są silnie przyciągane przez żaden atom.
związki jonowe, np chlorek sodu, może przewodzić elektryczność po rozpuszczeniu w wodzie, ponieważ istnieje swobodny ruch jonów.	Związki kowalencyjne, np metan, nie mają swobodnie poruszających się ładunków, a zatem nie przewodzą prądu.
Związki jonowe mają większą siłę wiązania.	Związki kowalencyjne mają mniejszą wytrzymałość w porównaniu ze związkiem jonowym.

Oczywiste jest, że istnieje różnica w sile wiązania między wiązaniami jonowymi i kowalencyjnymi. 

Różnice we właściwościach fizycznych

Fizyczne właściwości substancji mogą być różne w zależności od rodzaju wiązania chemicznego. Ionic i kowalencyjny wiązania mają wyraźne różnice we właściwościach fizycznych. Przyjrzyjmy się im. Aby zrozumieć różnice, porównajmy charakterystykę wiązań jonowych i kowalencyjnych:

Wiązanie jonowe	Wiązanie kowalencyjne
Wysokie temperatury topnienia/wrzenia	Niskie temperatury topnienia/wrzenia
Odporność	Miękkość/elastyczność
Kruche, podatne na pękanie	Nie tak kruchy, bardziej plastyczny
Dobrzy dyrygenci	Słabe przewodniki w postaci stałej

Ponadto związki jonowe zwykle przewodzą prąd elektryczny po rozpuszczeniu lub stopieniu z powodu obecności ruchomych jonów. Jednak związki kowalencyjne rzadko przewodzą elektryczność, ponieważ ich wspólne elektrony pozostają nieruchome.

Jakie są cechy związku jonowego?

• Wiązanie jonowe jest również nazywane wiązaniem elektrowalencyjnym.        
• Silna elektrostatyczna siła przyciągania utrzymywała razem jony dodatnie i ujemne.
• Związki jonowe są twarde i kruche.
• Zwykle mają wysoką temperaturę topnienia.
• Związki jonowe w stanie stałym są złymi przewodnikami elektryczności, podczas gdy po stopieniu lub rozpuszczeniu w rozpuszczalnikach są dobrymi przewodnikami elektryczności.
• Związki jonowe są rozpuszczalne w rozpuszczalnikach polarnych i nierozpuszczalne w rozpuszczalnikach niepolarnych.
• Pomiędzy metalem i niemetalem tworzy się wiązanie jonowe.

Elektroujemność wiązań jonowych

Różnica elektroujemności musi być większa niż 1.7, aby powstało wiązanie jonowe. Im większa różnica elektroujemności oznacza silniejsze wiązanie jonowe. Dlatego wiązanie jonowe zawsze powstaje między elementem elektroujemnym i elektrododatnim.

Jak zidentyfikować wiązanie jonowe?

Wiązania jonowe można zidentyfikować na różne sposoby:

• Między metalem a niemetalem powstaje wiązanie jonowe.
• Atom metalu ogólnie należy do grupy 1 lub grupy 2,3, a atom niemetalu pochodzi z grupy 5 lub grupy 6.
• Nazwa związku jonowego pochodzi od nazwy metalu na pierwszym miejscu i niemetalu na drugim miejscu.

Energia wiązań jonowych i siły międzycząsteczkowe

Energię wiązania jonowego można obliczyć z prawa Coulomba, które wynosi F= kq₁q₂/r². Energia wiązania jonowego waha się od 170 do 1500 KJ/mol. Siła międzycząsteczkowa obecna w wiązaniu jonowym to siła przyciągania elektrostatycznego i jest to jedna z najsilniejszych sił występujących w jakimkolwiek związku.

Czy wiązanie jonowe jest polarne czy niepolarne?

Wiązanie jonowe jest uważane za wiązanie polarne. Biegunowość powstaje z powodu różnicy elektroujemności między atomami metalu i niemetalu. Im większa różnica elektroujemności, tym większa polarność wiązania.

Rozpuszczalność wiązań jonowych

Związki jonowe, które są utrzymywane przez wiązania jonowe, są rozpuszczalne w rozpuszczalnikach polarnych, ponieważ związki jonowe są polarne. Stają się rozpuszczalne w wodzie, DMSO, DMF i polarnych rozpuszczalnikach podobnych do acetonu.

Rodzaje wiązań jonowych

W chemii istnieją dwa rodzaje wiązań jonowych i są to:

• Binarne związki jonowe zawierają metal i niemetal. Na przykład - NaCl
• Związki jonowe zawierają metal i jon wieloatomowy. Przykład- BaSO4.

Znaczenie związków jonowych

Rola w systemach biologicznych

Wiązania jonowe są niezbędne w układach biologicznych. Tworzą się pomiędzy przeciwnie naładowanymi jonami, umożliwiając zachodzenie różnych procesów.

•  Ułatwianie impulsów nerwowych
• Utrzymanie równowagi pH
• Struktura/funkcja białka
•  Replikacja/transkrypcja DNA
• Regulacja aktywności enzymów

1. Wiązania jonowe przekazują impulsy nerwowe w całym ciele. Regulują również jony wodoru, utrzymując właściwą równowagę pH dla aktywności komórkowej.
2. Białka wykorzystują wiązania jonowe do swojej struktury i funkcji. 
3. Sprawiają, że białka prawidłowo się zwijają i zachowują swój szczególny kształt. 
4. Replikacja i transkrypcja DNA obejmują wiązania wodorowe, oddziaływanie jonowe.
5. Enzymy wykorzystują oddziaływania jonowe do regulacji aktywności. Wiążąc jony lub substraty, precyzyjnie kontrolują reakcje biochemiczne.

Uświadomienie sobie siły wiązań jonowych jest niezbędne do zrozumienia procesów życiowych. Doceń je i odkrywaj nowe możliwości, które mogą kształtować dziedziny takie jak medycyna i bioinżynieria. 

Przydatność w procesach przemysłowych

Znaczenie wiązania jonowe w procesach przemysłowych nie można przecenić. Są kluczem do różnych zastosowań, zwiększając wydajność i sukces. Spójrzmy na niektóre z ich głównych zalet:

1. Magazynowanie energii: Wiązania jonowe umożliwiają rozwój wydajnych baterii. Przechowują one i uwalniają energię poprzez jony, rewolucjonizując branże, takie jak elektronika i transport.
2. Kataliza: Wiązania jonowe ułatwiają reakcje chemiczne, obniżając bariery energii aktywacji. Prowadzi to do szybszego tempa i wyższych plonów, optymalizując produktywność.
3. Separacja chemiczna: Wiązania jonowe doskonale nadają się do rozdzielania i oczyszczania związków. Ma to kluczowe znaczenie dla branż takich jak produkcja żywności i farmaceutyka.

Również wiązania jonowe są silny i stabilny. Dzięki temu nadają się do infrastruktury, elektroniki i transportu.

Wykorzystanie wiązań jonowych ma zasadnicze znaczenie dla przemysłu. Niezastosowanie się do tego może spowodować utratę szans, wzrost kosztów i mniejszą konkurencyjność. 

Łamanie wiązań jonowych

Aby zerwać wiązanie jonowe, należy pokonać silne siły elektrostatyczne trzymając jony razem. Oto przewodnik krok po kroku, jak zerwać wiązania jonowe:

1. Zastosuj energię zewnętrzną: Energia zewnętrzna, taka jak ciepło lub elektryczność, jest wymagana do rozerwania wiązań jonowych. Energia ta zapewnia niezbędną energię aktywacji, aby osłabić przyciąganie elektrostatyczne między jonami.
2. Zwiększ temperaturę: Ogrzewając związek jonowy, energia kinetyczna jonów wzrasta, powodując ich bardziej energiczne wibracje. Ten przyspieszony ruch osłabia siły przyciągania między jonami, ostatecznie zrywając wiązania.
3. Rozpuścić w rozpuszczalniku: Niektóre związki jonowe rozpuszczają się w niektórych rozpuszczalnikach, takich jak woda. Kiedy związek jonowy rozpuszcza się, cząsteczki rozpuszczalnika otaczają poszczególne jony, skutecznie oddzielając je od siebie i rozrywając wiązania jonowe.
4. Zastosuj nacisk: Wywieranie nacisku na związek jonowy może również spowodować zerwanie wiązań. Ciśnienie ściska sieć jonową, zmniejszając odległość między jonami i destabilizując siły elektrostatyczne. W końcu wiązania mogą pęknąć pod wystarczającym ciśnieniem.
5. Reakcje chemiczne: Niektóre reakcje chemiczne mogą również zrywać wiązania jonowe. Na przykład, jeśli zostanie wprowadzony odpowiedni reagent, może on reagować z jednym z jonów, tworząc nowy związek i rozrywając pierwotne wiązanie jonowe.

Warto zauważyć, że zerwanie wiązań jonowych wymaga a znaczna ilość energii, ponieważ są mocne i stabilne. Związki jonowe na ogół mają wysokie temperatury topnienia i wrzenia z powodu tych silnych wiązań. Ponadto związki jonowe są często kruche i mogą pękać pod wpływem stresu.

Energia potrzebna do rozerwania wiązań jonowych

Czy kiedykolwiek zadawałeś sobie pytanie o energię potrzebną do zerwania wiązań jonowych? Pozwol sobie powiedziec! Wiązania jonowe to silne przyciąganie między jonami dodatnimi i ujemnymi. Złamanie ich wymaga sporej ilości energii.

Spójrzmy na kilka przykładów. Pod względem pierwiastków wymagana energia jest inna. 

• Sód wymaga 1071 kJ/mol, 
• Potas 418 kJ/mol. 
• Liczby wapnia i magnezu są 590 i 738 kJ / mol.

Inne czynniki, takie jak wielkość jonów i gęstość ładunku, również wpływają na wymaganą energię. To wyjaśnia, dlaczego zrywanie wiązań jonowych jest tak skomplikowane.

Znajomość wymaganej energii jest ważna w wielu dziedzinach nauki, takich jak materiałoznawstwo, chemia itp. 

Rozpuszczanie związków jonowych

Związki jonowe rozpuszczają się dzięki siłom przyciągania między ich ładunkami dodatnimi i ujemnymi oraz polarnymi cząsteczkami rozpuszczalnika. Temperatura i mieszanie zwiększają rozpuszczanie. Czynniki utrudniające rozpuszczanie obejmują wysokie stężenie rozpuszczonych jonów i zanieczyszczeń, które się z nimi wiążą. Naukowcy wykorzystują tę wiedzę do optymalizacji rozpuszczania do różnych zastosowań.

Często Zadawane Pytania

P. Co to jest wiązanie jonowe?

Odp.: Kiedy siła przyciągania wiąże ze sobą różne jony, jest to znane jako wiązanie jonowe. Wiązania jonowe są również nazywane wiązaniami elektrowalencyjnymi.

P: Jak tworzą się wiązania jonowe?

Odp.: Wiązania jonowe tworzą się, gdy jeden atom, zazwyczaj metalu, traci jeden lub więcej elektronów walencyjnych, a inny atom, zwykle niemetal, zyskuje te elektrony, aby uzupełnić swój oktet.

P: Jaka jest różnica między wiązaniami jonowymi i kowalencyjnymi?

Odp .: Wiązania jonowe występują między metalem a niemetalem, obejmują przenoszenie elektronów i skutkują tworzeniem się jonów. Wiązania kowalencyjne występują między dwoma niemetalami, obejmują współdzielenie elektronów i skutkują tworzeniem cząsteczek.

P: Jakie są niektóre właściwości związków jonowych?

O: Związki jonowe są zwykle ciałami stałymi w temperaturze pokojowej, mają wysokie temperatury topnienia i wrzenia oraz są kruche. Są również dobrymi przewodnikami elektryczności po rozpuszczeniu w wodzie lub stopieniu.

P: Co to jest wiązanie elektrowalencyjne?

Odp .: Wiązanie elektrowalencyjne to inne określenie wiązania jonowego. Nazywa się to elektrowalentnym, ponieważ polega na przenoszeniu elektronów między atomami o przeciwnych ładunkach.

P. Czy CaCl₂ związek jonowy?

Odp.: Z powodu przeciwnych ładunków w związku CaCl2 utworzyły się wiązania jonowe. W CaCl2 wapń ma dwa elektrony walencyjne, a każdy chlor ma jeden elektron. Ca traci oba elektrony, które są uzyskiwane przez każdy Cl i uzupełnia swój oktet. Wapń otrzymuje +2, podczas gdy każdy chlor zyskuje -1 ładunek.

Dlaczego wiązania jonowe przewodzą prąd?

Związki jonowe przewodzą elektryczność w stanie stopionym (ciekłym), ponieważ jony uwalniają się z jednego miejsca do drugiego w stanie ciekłym. Ale nie mogą przewodzić prądu w stanie stałym, ponieważ jony nie mogą się swobodnie poruszać.

Dlaczego węgiel nie może tworzyć wiązania jonowego?

Węgiel nie może tworzyć wiązań jonowych, ponieważ ma cztery elektrony w powłoce walencyjnej. Aby utworzyć wiązanie jonowe, musi zyskać lub stracić 4 elektrony. Przyjęcie lub utrata 4 elektronów jest procesem pochłaniającym dużo energii. Poza tym nie jest ani elektroujemnym, ani elektrododatnim elementem układu okresowego.

Dlaczego wiązanie jonowe jest silniejsze niż wiązanie kowalencyjne?

Wiązanie jonowe jest silniejsze niż wiązanie kowalencyjne, ponieważ kulombowska siła przyciągania działa między dwoma przeciwnie naładowanymi jonami w związku jonowym. Wiązania kowalencyjne powstają w wyniku współdzielenia par elektronów między dwoma atomami. Siła przyciągania kationów i anionów jest bardzo duża w wiązaniu jonowym.

Dlaczego między metalem a niemetalem powstaje wiązanie jonowe?

Wiązanie jonowe powstaje między metalem a niemetalem, ponieważ elektroujemność między nimi powinna być najwyższa. Metale są na ogół elektrododatnie, a niemetale są na ogół pierwiastkami elektroujemnymi w układzie okresowym. Bardziej różnica elektroujemności oznacza silniejsze wiązanie jonowe między dwoma atomami

P: Czy wiązanie jonowe może wystąpić między dwoma niemetalami?

Odp .: Nie, wiązania jonowe zwykle występują między metalem a niemetalem. Kiedy dwa niemetale wiążą się, mają tendencję do tworzenia wiązań kowalencyjnych.

P: Jaki jest przykład wiązania jonowego?

O: Przykładem wiązania jonowego jest wiązanie utworzone między sodem i chlorem w soli kuchennej (NaCl).

P: Dlaczego substancja jonowa nazywana jest związkiem jonowym?

O: Substancja jonowa nazywana jest związkiem jonowym, ponieważ składa się z dwóch lub więcej jonów połączonych wiązaniem jonowym.

P: Czy wszystkie wiązania w substancji jonowej są jonowe?

O: Nie, substancja jonowa może również zawierać wiązania kowalencyjne i wiązania metaliczne.

P: Dlaczego cząsteczki związane jonowo są bardzo reaktywne w porównaniu z innymi wiązaniami?

O: Cząsteczki związane jonowo są bardzo reaktywne, ponieważ siły elektrostatyczne utrzymujące jony razem są stosunkowo słabe i łatwo rozrywane przez inne jony lub cząsteczki.

Wnioski

Wiązania jonowe powstają między dwoma pierwiastkami (najlepiej metalem i niemetalem) o znacznej różnicy elektroujemności. Siła wiązania jonowego zależy również od różnicy elektroujemności między nimi. Związki jonowe mają unikalne właściwości. Wysokie temperatury topnienia i wrzenia, ponieważ siły elektrostatyczne wymagają dużej ilości energii do rozbicia. Ponadto metale i niemetale łączą się, więc wykazują oba rodzaje charakteru. Jony mogą tworzyć stabilność w związkach chemicznych. Przenosząc lub przyjmując elektrony, atomy mogą wypełnić swoją zewnętrzną powłokę elektronową i stać się stabilnymi. Przeciwnie naładowane jony łączą się i wiążą.