З. Ионы. Ионная связь

В предыдущем параграфе вы познакомились с ионами, которые образуются, когда отдельные атомы принимают или отдают электроны. В этом случае число протонов в атомном ядре перестает быть равным числу электронов в электронной оболочке, и химическая частица приобретает электрический заряд.

Но в состав иона может входить и не одно ядро, как в молекуле. Такой ион представляет собой единую систему, состоящую из нескольких атомных ядер и электронной оболочки. В отличие от молекулы общее число протонов в ядрах не равно общему числу электронов в электронной оболочке, отсюда – электрический заряд иона.

 

Ионы – заряженные аналоги атомов и молекул.

Какие бывают ионы? То есть, чем они могут различаться?

По числу атомных ядер ионы делятся на простые  (или одноатомные), то есть содержащие одно ядро (например: K

, O²

), и сложные  (или многоатомные), то есть содержащие несколько ядер (например: CO₃²

, [Fe(H₂O)₆]³

). Простые ионы – заряженные аналоги атомов, а сложные – заряженные аналоги молекул.

По знаку заряда ионы делятся на катионы и анионы.

 

Катионы – положительно заряженные ионы Анионы – отрицательно заряженные ионы.

Примеры катионов: K

(ион калия), Fe²

 (ион железа), NH₄

 (ион аммония), [Cu(NH₃)₄]²

 (ион тетраамминмеди). Примеры анионов: Cl

(хлорид-ион), N³

(нитрид-ион), PO₄³

(фосфат-ион), [Fe(CN)₆]⁴

(гексацианоферрат-ион).

По значению заряда ионы делятся на однозарядные  (K

, Cl

, NH₄

, NO₃

и т. п.), двухзарядные  (Са²

, O²

, SО₄²

и т. д.) трехзарядные  (Аl³

, РО₄³

и т. п.) и так далее.

Итак, ион РО₄³

мы назовем трехзарядным сложным анионом, а ион Са²

 – двухзарядным простым катионом.

Кроме этого, ионы различаются еще и своими размерами. Размер простого иона определяется радиусом этого иона или ионным радиусом. Размер сложных ионов охарактеризовать труднее. Радиус иона, как и радиус атома, непосредственно измерить невозможно (как вы понимаете, четких границ у иона нет). Поэтому для характеристики изолированных ионов используют орбитальные ионные радиусы  (примеры – в таблице 17).

 

Орбитальный ионный радиус – радиус внешнего электронного облака простого иона.

  Таблица 17.Орбитальные радиусы некоторых простых ионов  

 

Катион	Заряд, е	Орбитальный радиус, А	Анион	Заряд, е	Орбитальный радиус, А
Li	+ 1	0,189	F	– 1	0,400
Na	+ 1	0,278	Cl	– 1	0,742
K	+ 1	0,592	Br	– 1	0,869
Rb	+ 1	0,734	I	– 1	1,065
Cs	+ 1	0,921	O2	– 2	0,46
Be2	+ 2	0,139	S2	– 2	0,83
Mg2	+ 2	0,246	Se2	– 2	0,92
Ca2	+ 2	0,538	Te2	– 2	1,12
Sr2	+ 2	0,683
Ba2	+ 2	0,866
Al3	+ 3	0,221

Характеризуя размеры ионов в соединениях, используют и другие системы ионных радиусов.

В химических реакциях ионы могут образовываться из нейтральных атомов, из молекул или из других ионов, например:

Са – 2е– = Са²

; NО₂ + е^– = NО₂

;

H₂PO₄

 + H₂O = Н₃O

 + НРО₄²

; Cu²

 + 4Н₂O = [Cu(H₂O)₄]²

.

Разноименно заряженные ионы связываются между собой за счет электростатического притяжения – образуется ионная связь.

 

Ионная связь – химическая связь, образованная электростатическим притяжением друг к другу разноименно заряженных ионов.

Так как ионная связь имеет электростатический характер, то любой простой ион (точечный заряд!) притягивает противоположно заряженные ионы по всем направлениям с одинаковой силой. Эта особенность ионной связи называется ненаправленностью.

Из свойств электрических зарядов следует и вторая особенность ионной связи – ненасыщаемость. Смысл ненасыщаемости ионной связи в том, что каждый ион с одинаковой силой притягивает один, два, три, четыре и так далее ионов противоположного знака (если, конечно, они находятся на одинаковом от него расстоянии). Число таких ионов зависит только от их размера.

 

ПРОСТЫЕ ИОНЫ, МНОГОАТОМНЫЕ ИОНЫ, КАТИОНЫ,АНИОНЫ, ОДНОЗАРЯДНВЕ ИОНЫ, ДВУЗАРЯДНЫЕ ИОНЫ, ТРЕХЗАРЯДНЫЕ ИОНЫ, ОРБИТАЛЬНЫЙ ИОННЫЙ РАДИУС  

 

.Охарактеризуйте следующие ионы по числу атомных ядер, знаку и значению заряда: Rb

, NO₃

, Al³

, AsO₃³

, N³

, SO₄²

, S²

.

2.Определите число протонов и число электронов в ионе натрия. Составьте его полную и сокращенную электронную формулу. Проделайте то же для ионов O²

, Ва²

, I

, Fe²

 и Fe³

.

3.Определите число протонов и число электронов в а) молекуле триоксида серы и сульфит-ионе SO₃²

, б) частицах NО, NО

 и NО

.

4.Используя таблицы орбитальных радиусов, определите, как изменяется радиус частицы при образовании а) иона натрия из атома Nа, б) хлорид-иона из атома С1, в) иона бария из атома Ва, г) оксид-иона из атома кислорода. Изменение радиуса выразите в процентах.

5.Почему при образовании катиона калия из атома калия радиус частицы резко уменьшается, а при образовании бромидного аниона из атома брома – практически не изменяется?

6.Вокруг какого из ионов может разместиться больше одинаковых ионов противоположного знака: а) Li

 или Nа

; б) F

 или Cl

?

 

Глава 8. Основы химической номенклатуры