Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Химическая связь. Ионная связь




 

При полном смещении межъядерной электронной плотности к атому с большей электроотрицательностью длина диполя становится равной длине связи (l = d), и атомы превращаются в положительно и отрицательно заряженные ионы, между которыми действуют силы электростатического притяжения. Такую связь называют ионной.Степень по­лярности или ионности связи i определяется отношением l /d иварьируется от 0 до 1, что соответствует чисто ковалентной и чисто ионной связям. В остальных случаях эта величина имеет промежуточные значения.

Ионная связь, в отличие от ковалентной, характери­зуется: 1) ненаправленностью, так как сферическое поле вокруг ионов во всех направлениях равноценно; 2) ненасыщаемостью, поскольку при взаимодействии ионов не происходит полной компенсации их силовых полей; 3) коор­динационными числами в ионных соединениях, которые определяются не электронной структурой атомов, а соот­ношением радиусов взаимодействующих ионов.

Соединения с ионным типом связи не имеют молекулярного строения и представляют собой твердые вещества, образующие ионные кристаллические решетки, с высокими температурами плавления и кипения.

Энергия ионной кристаллической решетки U может быть вычислена с использованием экспериментальных данных по циклу Борна - Габера.

Например вычисления U NaCl, используя следующий термохимический цикл:

Naк → Naг + ΔНсубл + 26 ккал

Naг → Naг+ + е + INa + 118 ккал

1/2Сl2,г → Сlг +1/2Есвязи + 29 ккал

Сlг + e → Сl-г - Есродства(Cl) - 89 ккал

___________________________

Naк + 1/2Сl2,г → Naг+ + Сl-г + 26 + 118 + 29 - 89 = 84 ккал.

Вместе с тем для реакции образования NaCl к в стандартном состоянии

Naк + 1/2Сl2,г → NaСlк - 98 ккал = ΔНf.

Следовательно, для процесса NaСlк → Naг+ Сl-г энергия кристаллической решетки

U = - ΔНf - Есродства(Cl) + ΔНсубл(Na) + INa + 1/2Есвязи(Cl2) = 182 ккал/моль.

Уравнение для теоретического расчета энергии ионной кристаллической решетки было получено Борном в виде

ккал/моль,

где а — константа Маделунга, вычисляемая теоретически и учитывающая взаимодействие данного иона с другими ионами, находящимися на разных расстояниях от него; N0 — число Авогадро 6,02∙1023 моль-1, Z1 и Z2 - заряды ионов, e – элементарный заряд электрона 4,8∙10-10 ед. CGSE, n – коэффициент отталкивания, зависящий от электронной конфигурации ионов. Для ионов с электронными конфигурациями He, Ne, Ar, Kr и Xe величина коэффициента отталкивания n= 5, 7, 9, 10, 12. Для кристаллической решетки типа NаСl, а =1,747. Межионное расстояние r0 заменяется суммой радиусов катиона и аниона.

Свойства ионных соединений во многом определяются взаимной поляризацией входящих в их состав ионов. Поляризация ионавыражается в относительном смеше­нии ядра и окружающих его электронов внешней элек­тронной оболочки под действием электрического поля со­седнего иона; при этом валентные электроны смещаются в сторону катионов. Подобная деформация электронной оболочки ведет к понижению степени ионности связи и к превращению ее в полярную ковалентную связь.

 

Поляризуемость ионов(т. е. их способность деформи­роваться под действием внешнего электрического поля) характеризуется следующими особенностями:

1. При одинаковом абсолютном значении заряда и равных радиусах ионов поляризуемость анионов боль­ше поляризуемости катионов.

2. Поляризуемость ионов с аналогичным электронным строением возрастает с ростом ионного радиуса (т. е. с увеличением числа электронных слоев). Так, по возрастанию поляризуемости ионы можно расположить в следующие ряды:

F- <Cl- <Br- <I-; Li+ < Na+ <K+ <Rb+ <Cs+

3. При одном и том же заряде и одинаковом радиусе ионов поляризуемость ионов с 18-электронной оболоч­кой (например, Сu+, Сd2+) выше, чем ионов с благородногазовой электронной структурой (Nа+, Са2+ и т. п.).

Поляризующее действие иона(т. е. его способности деформировать, поляризовать другой ион) возрастает с увеличением заряда и уменьшением радиуса иона и значительно зависит от его электронной структуры. Ионы с благородногазовой электронной конфигурацией (например, Са2+ Ва2+) оказывают более слабое поляризующее дей­ствие, чем ионы с незавершенным электронным слоем (Тi2+, Fе2+, Рb2+ и т. п.). Наиболее сильное поляризу­ющее действие (при одном и том же заряде иона) про­являют ионы с 18-электронной структурой внешнего слоя (Сu+, Ag+, Zn2+, Сd2+, Нg2+).

Поскольку размеры анионов, как правило, больше размеров катионов, то анионы обладают большей по­ляризуемостью и меньшей поляризующей способностью, чем катионы. Поэтому при взаимодействии катиона с анионом поляризации подвергается преимущественно анион; поляризацией катиона в большинстве случаев можно пренебречь.

Задачи:

1. Вычислите энергию кристаллической решетки NaF по уравнению Борна и с использованием термохимического цикла Борна – Габера. Сравнить полученные величины.

2. Вычислите по формуле Борна– Габера U(BaCl2).

3. Вычислите по циклу Борна — Габера энергию кристаллической решетки КF.

4. Вычислите с использованием цикла Борна — Габера энергию кристаллической решетки LiF.

5. Вычислите с использованием цикла Борна — Габера энергию кристаллической решетки KCl.

6. Вычислите с использованием цикла Борна — Габера энергию кристаллической решетки CaO.

7. Исходя из представлений о природе ионной свя­зи, объясните, почему при обычных условиях ионные соединения существуют в виде ионных кристаллов, а не в виде отдельных молекул.

8. Температура плавления СаСl2 — 780 °С, СdСl2 — 560 °С; радиус иона Са2+ равен 0,104 нм, иона Сd2+ — 0,099 нм. Объясните различие температур плавления.

9. При переходе от СsF к СsI температура плав­ления кристаллов уменьшается. Объясните наблюдае­мый ход изменения температур плавления.

10. Объясните неустойчивость гидроксидов меди(I) и серебра (I).

11. Объясните с позиции представлений о поляри­зации ионов меньшую устойчивость АuСl3 в сравнении с АuСl и РbСl4 в сравнении с РbСl2.

12. К2СО3 плавится при 890 °С без разложении, Аg2СО3 разлагается уже при 220 °С. Объяснить указан­ное различие.

13. ВаС12 в водных растворах диссоциирует пол­ностью, а НgСl2 почти не диссоциирует. Объясните это различие в свойствах солей.

 

Задачи для самостоятельного решения:

1. Вычислите с использованием цикла Борна — Габера энергию кристаллической решетки CaF2.

2. Вычислите с использованием цикла Борна — Габера энергию кристаллической решетки CsF.

3. Вычислите с использованием цикла Борна — Габера энергию кристаллической решетки ZnO.

4. Какой из перечисленных ионов обладает боль­шим поляризующим действием: а) Nа+; б) Са2+; в) Мg2+; г) А13+?

5. У какого из соединений — SrF2 или РbF2— тем­пература плавления выше?

6. Какое из соединений — МgСО3 или ZnСО3 — термически более устойчиво?

7. Какой из ионов — Са2+ или Сd2+ — оказывает более сильное поляризующее действие на анионы?


Занятие №12.







Дата добавления: 2014-10-22; просмотров: 2448. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!


Рекомендуемые страницы:


Studopedia.info - Студопедия - 2014-2021 год . (0.004 сек.) русская версия | украинская версия