Ионная связь. Ионные кристаллы

 

Связь называется ионной, если она осуществляется путем электростатического взаимодействия разноименно заряженных ионов, образовавшихся при смещении электронов от одного атома к другому.

Ее можно рассматривать как предельный случай ковалентной полярной связи. Ионная связь может возникать только в том случае, если различия в электроотрицательности взаимодействующих атомов достаточно велики.

Если разность относительных электроотрицательностей взаимодействующих атомов Dх равна 0, то образуется ковалентная неполярная связь; если 0< Dх< 2 - ковалентная полярная; если Dх > 2–ионная связь.

Поскольку электростатическое поле иона имеет сферическую симметрию, то ионная связь не обладает направленностью.

Взаимодействие двух заряженных ионов не приводит к полной компенсации их полей, поэтому ионная связь не обладает насыщаемостью.

Для ионной связи эффективные заряды атомов »1. Химическая связь не может быть на 100% ионной. Долю ионного характера связи называют степенью ионности, которая количественно характеризуется эффективными зарядами атомов в молекуле.

Таким образом, природа химической связи едина, и существующее различие между видами связи имеет количественный характер.

Кристаллические решетки кристаллов этого типа состоят из чередующихся положительно и отрицательно заряженных ионов, между которыми действуют электростатические силы притяжения.

Ионные кристаллы образуются при взаимодействии атомов, имеющих большую разность электроотрицательностей. Примерами ионных кристаллов являются галогениды щелочных (NaСl, KF) или щслочно-земельных (СаF₂) металлов. В состав ионных кристаллов могут входить и сложные ионы: .

Энергия кристаллической решетки достигает высоких значений (для NaСl: 770 кДж/моль); это, в свою очередь, обусловливает следующий набор физических свойств: высокую твердость, хрупкость. высокие температуры плавления и кипения, высокие теплоты плавления. Подобные свойства определены не только значительной энергией кристаллической решетки, но и структурой каркаса ионного кристалла.

Многие ионные кристаллы относят к классу диэлектриков; при комнатной температуре их электропроводность на 20 порядков ниже, чем электропроводность металлов. С увеличением температуры электропроводность ионных кристаллов возрастает.

Во многих ионных кристаллах наряду с электростатическим притяжением действуют ковалентные связи, а также силы Ван-дер-Ваальса, причем присутствие ковалентной связи вызывает определенные отклонения в физико-химических свойствах кристаллов этого типа, которые не объясняются электростатической моделью.

Наименьшее влияние ковалентности наблюдается для кристаллов галогенидов щелочных металлов.

Так как ионная связь не имеет направленного характера, а многим ионам можно приписать сферическую форму, то структура большинства ионных кристаллов тождественна структурам плотнейшей упаковки.

Вещества ионной природы с многоатомными ионами также образуют ионные кристаллы. Это наблюдается даже для таких ионов,

как , которые имеют тригональную симметрию.

Металлические кристаллы

 

Более 80 из 114 элементов периодической системы обладают металлическими свойствами. К металлическим элементам относятся все s-элементы (кроме Н и Не), все d- и f-элементы, а также часть p-элементов.

Металлические свойства определяются высокими значениями электропроводности и теплопроводности, тягучестью и ковкостью, металлическим блеском, а также высокой отражательной способностью в видимой части спектра.

По энергии кристаллической решетки металлы занимают промежуточное положение между молекулярными и ковалентными кристаллами.

Чрезвычайно высокие значения по сравнению с другими типами кристаллов электропроводности и теплопроводности указывают на высокую подвижность и большую «свободу» электронов в пространственной структуре кристалла.

С точки зрения теории строения атомов, характерные металлические свойства проявляют вещества, образованные элементами с небольшим числом валентных электронов и значительным числом вакантных орбиталей на последнем энергетическом уровне.

За счет этих особенностей при кристаллизации атомы будут укладываться с максимально возможной плотностью, чтобы их незаполненные орбитали оказались заселены валентными электронами.

Таким образом, валентные электроны участвуют в образовании связей сразу с 8 или 12 атомами. В этих условиях валентные электроны с небольшой энергией ионизации перемещаются по доступным орбиталям всех соседних атомов, обеспечивая связь между ними. Валентные электроны в металлических кристаллах являются нелокализованными. Такая нелокализованная связь называется металлической связью. Для ее описания используется модель " свободного электрона", согласно которой в узлах кристаллической решетки находятся катионы, погруженные в " электронный газ" из нелокализованных электронов. Устойчивость такой системы объясняется силами притяжения между катионной решеткой и «электронным газом», движение которого подчиняется классическим законам движения газообразных молекул.

С увеличением температуры увеличивается амплитуда колебаний катионов, а значит, уменьшается длина свободного пробега электронов в кристалле, что приводит к снижению его электрической проводимости.

Большинство металлов в силу ненаправленного характера металлической связи кристаллизуются в структуры плотнейшей упаковки.

Расстояние между частицами кристаллов с металлической ковалентной и ионной связями составляет 1, 5-2, 5 А.

 

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА

ЛЕКЦИЯ 6

Внутренняя энергия.

Первое начало термодинамики

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: