Wiązanie jonowe

Charakterystyka

• Powstaje miedz atomami znacznie różniącymi się

elektroujemnością.

• Wiązanie jest bezkierunkowe i ma daleki zasięg.

• Związki jonowe mają wysokie temperatury topnienia.

• W stanie stałym zbudowane są z jonów ale prądu nie przewodzą.

• Przewodzą prąd w stanie stopionym.

• Rozpuszczają się w rozpuszczalnikach polarnych i takie roztwory

przewodzą prąd.

• Wzór związku jonowego nie odpowiada realnie istniejącym

cząsteczkom.

• Kryształy związków jonowych charakteryzują się wysokimi

liczbami koordynacyjnymi

• Istnieją bezpośrednie dowody eksperymentalne

wskazujące na obecność jonów w węzłach sieci

krystalicznej takich związków.

• Np. z badań dyfrakcji promieni rentgenowskich na

kryształach NaCl wynika że gęstość elektronowa:

– wokół każdego atomu chloru wynosi 17.70

– a wokół każdego atomu sodu 10.05

• Gdyby NaCl w stanie stałym składał się z atomów powinno

się otrzymać odpowiednio 17.0 i 11.0

Liczby koordynacyjne, a promienie jonowe

Liczba

koordynacyjna

Struktura

Krytyczny stosunek

promieni r

A

/r

B

3

Trójkąt

0.155

4

Tetraedr

0.225

4

Kwadrat

0.414

6

Oktaedr

0.414

8

Sześcian

0.732

Energetyka wiązania jonowego

• Cs (5s

2

p

6

6s

1

) → Cs

+

(5s

2

p

6

) + e I = 375.4 kJ/mol

• Cl (3s

2

p

5

) + e → Cl

-

(3s

2

p

6

) E = -348.3 kJ/mol

Energia sieci krystalicznej

• Energia sieci – energia potrzebna do rozbicia 1 mola

substancji jonowej na gazowe jony znajdujące się

nieskończenie daleko od siebie

• Czynniki wpływające na energie sieci:

– Energia potencjalna przyciągania się jonów różnoimiennych

– Energia potencjalna odpychania się jonów jednoimiennych

– Energia odpychania się powłok elektronowych











 

















n

1

1

d

e

Z

Z

A

N

U

0

2

Stała Madelunga

Równanie Kapustinskiego

• Założenia:

A/const (0.87)

n = 9

d

0

= r

+

+ r

-



















r

r

γ

Z

Z

108

U

Obliczanie energii sieci z zastosowaniem cykli

termodynamicznych

NaCl

NaCl(s)

Na

+

(g)

+ Cl

-

(g)

U

Na

(s)

+ 1/2Cl

2 (g)

Na

(g)

+ Cl

(g)

Q

tw. NaCl

Q

subl. Na

1/2 D

Cl2

I

Na

E

Cl

Obliczanie energii sieci z zastosowaniem cykli

termodynamicznych

MgO

Mg

2+

(g)

+ O

-2

(g)

U

Mg

(s)

+ 1/2O

2(g)

Mg

(g)

+ O

(g)

Q

tw. MgO

Q

subl. Mg

1/2 D

O2

I

1

+I

2

E

1

+E

2

MgO

(s)

Obliczanie energii sieci z zastosowaniem cykli

termodynamicznych

AlBr

3

Al

3+

(g)

+ 3Br

-

(g)

U

Al

(s)

+ 3/2Br

2(c)

Al

(g)

+ 3Br

(g)

Q

tw. AlBr3

Q

subl. Al

3/2 P

Br2

I

1

+I

2

+I

3

3E

Br

AlBr

3(s)

Inne rodzaje oddziaływań elektrostatycznych

oddziaływanie

energia [kJ/mol]

przykład

występowania

Jon – jon

kilkaset

sieci jonowe

Jon - dipol

do

kilkudziesieciu

solwatacja

Dipol - dipol

~ 20

struktura wody

Dipol – dipol

indukowany

kilka

Rozpuszczanie

gazów w wodzie

Dipol indukowany –

dipol indukowany

dziesiąte części

Skraplanie gazów

szlachetnych