Как поступить
в Онлайн-школу и получить аттестат?

Подробно расскажем о том, как перевестись на дистанционный формат обучения, как устроены онлайн-уроки и учебный процесс, как улучшить успеваемость и повысить мотивацию!

Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных

Конспект урока: Ионная химическая связь и ионные кристаллические решётки

Строение вещества

08.10.2024
4675
0

Ионная химическая связь и ионные кристаллические решётки

План урока

  • Ионная связь
  • Свойства ионной связи

Цели урока

  • знать понятия: ионная связь, ион, катион, анион, окисление, восстановление, шкала Полинга, ненаправленность и ненасыщаемость связи, ионная кристаллическая решётка
  • уметь определять тип связи соединений, вещества ионного строения, прогнозировать физические свойства веществ с ионной кристаллической решёткой

Вступление

 

Вещества имеют различное строение. Среди них только благородные газы — гелий Не, неон Ne, аргон Аr, криптон Кr, ксенон Хе и радон Rn — существуют в виде свободных (изолированных) атомов (схема 1).

Схема 1. Электронные формулы атомов благородных газов

 

Все другие вещества состоят из связанных атомов. Силы, которые обусловливают связь между атомами, получили название «химическая связь». Природа этих сил электростатическая. Результатом связывания атомов является образование более сложных структур — молекул, молекулярных ионов, свободных радикалов, а также ионных, атомных и металлических кристаллических решёток.

 

Существование этих структур обусловлено различными типами химической связи.

 

Учение о химической связи — важнейший вопрос современной химии. Без него невозможно объяснить причины многообразия химических веществ, механизма их образования, строения и реакционной способности.

Ионная связь


Ионная связь — это связь, осуществляемая за счёт элект­ростатического взаимодействия противоположно заряжен­ных ионов (схема 2).


Ион — это частица, имеющая заряд.

 

Положительно заряженные ионы — катионы.

 

Отрицательно заряженные ионы — анионы.


Процесс отдачи электронов частицей — окисление.

 

Процесс присоединения электронов частицей — восстановление.


Схема 2. Схема образования ионной связи

Схема 3. Схема образования ионной связи в молекуле хлорида натрия

Процесс образования ионной связи сводится к переходу электронов от атома типичного металла (элементы I и IIА групп) к атомам типичного неметалла (элементы VIIА группы, О и N).

 

Например, при образовании хлорида натрия атом натрия отдаёт один электрон (схема 3):

Na0  1e  Na+.

 

Атом хлора принимает этот электрон:

Сl0+1е  Сl.

 

Между ионами Na+ и Сl возникают силы электростатиче­ского притяжения, в результате чего образуется ионное соеди­нение — хлорид натрия:

Na++ Сl  Na+Сl.

 

Величина заряда аниона равна числу принятых атомом неметалла электронов.

 

Ионную связь рассматривают как крайний случай ковалентной полярной связи, так как резкой границы между ионной и ковалентной связями нет.


Тип связи можно приблизительно определить по разнос­ти электроотрицательностей (χ) связанных атомов.

Условно принято считать, что при χ > 1,7 связь считается ионной.


Относительные электроотрицательности (ЭО) элементов.

Таблица 1. Значения ЭО элементов по Полингу

В шкале Полинга ЭО фтора (наиболее электроотрицательного из всех элементов) условно принята равной 3,98; на втором месте находится кислород, на третьем — хлор. Далее следуют водород и типичные неметаллы; значения их ЭО близки к 2. Активные ме­таллы имеют значения ЭО меньше, чем 1,6.

 

Шкалу Полинга можно представить в виде ряда электроотрицательностей.

В типичных ионных соединениях, например, в галогенидах щелочных металлов, не происходит полного перехода электрона от одного атома к другому. Например, в кристалле NaCl эффективный отрицательный заряд атома хлора составляет около 0,9 заряда электрона (а не 1); таким же по абсолютной величине положительным зарядом обладает и атом натрия.


Пример 1

 

Определите тип связи в соединении NaF и CF4.


Решение

 

NaF: разность электроотрицательностей атомов равна

χ (NaF)=χ(F) -χ (Na) = 3,98 - 0,93 = 3,05, связь ионная.

 

CF4: разность электроотрицательностей равна

χ (CF4)=χ(C) -χ (F) = 3,98 - 2,55 = 1,43, связь ковалентная полярная.


Упражнение 1

 

Определите тип связи в соединении CsF.


Свойства ионной связи

Ионная связь в отличие от ковалентной характеризуется ненаправленностью в пространстве и ненасыщаемостью.


Ненаправленность определяется тем, что каждый ион имеет сферическую форму электрического поля и может притягивать ионы противоположного знака по любому направлению. Сила притяжения ионов зависит только от расстояния между ними и не зависит от их взаимной ориентации.


Ненасыщаемость объясняется тем, что взаимодействие ионов противоположного знака не приводит к компенсации их силовых полей и у них сохраняется способность притягивать ионы противоположного знака.


Однако вокруг каждого иона расположено ограниченное число противоионов. Координационное число иона не за­висит от его заряда, а определяется соотношением раз­меров ионов разного знака. Наиболее устойчивая кристаллическая структура образуется, когда катион и анион имеют близкие размеры.

 

За счёт ионной связи образованы:

  • оксиды и галогениды металлов I и IIА групп — Na2O, BaO, NaCl, Cal2;
  • щёлочи — KOH, Ca(OH)2;
  • соли кислородосодержащих кислот — Na2SO4, Ca(NO3)2, CuSO4;
  • алкоголяты щелочных и щелочноземельных металлов (I и IIА групп) — C2H5ONa, CH3OK;
  • соли органических кислот — C17H35COONa;
  • соли аминов, аминокислот — CH3NH3Cl, CH2(NH2)COONa.

Энергия ионной связи велика, поэтому большинство ионных соединений представляет собой кристаллические вещества с высокими температурами плавления и кипения.

 

Для ионных соедине­ний понятие молекул типа NaCl или CsBr теряет смысл. Каждый кристалл представляет собой одну огромную молекулу и состоит из большого числа ионов. Отдельные молекулы могут существо­вать лишь в газовой фазе при температуре выше температуры кипения. Химическая формула ионного соединения описывает состав формульной единицы вещества.

Рис. 1. Ионная кристаллическая решётка

Например, в кристаллической решётке хлорида натрия NaCl. Каждый ион натрия Na+ окру­жён шестью хлорид-ионами Сl, каждый хлорид-ион окружён шестью ионами натрия (рис. 1).

 

Существуют вещества, молекулы которых содержат и ионные, и ковалентные связи. К таким веществам относятся, например, щёлочи и многие соли. Так, в мо­лекулах гидроксида натрия NaOH и сульфата натрия Na2SO4 связи между атомами натрия и кислорода пред­ставляют собой ионные связи, а остальные связи (между атомами кислорода и водорода в NaOH и между атомами кислорода и серы в Na24) — ковалентные полярные.


Пример 2

 

№ 1. Из предложенного перечня выберите два вещества ионного строения.

 

1) Са(ОН)2       4) СО

2) СН3Сl         5) КClO3

3) НClO4

 

№ 2. Из предложенного перечня выберите два вещества, в которых присутствуют и ковалентные, и ионные связи.

 

1) СаСO3           4) NH3

2) KCI              5) NH4CI

3) SO2

 

№ 3. Только ионные связи присутствуют в

 

1) NaF         3) BaSО4

2) KCIO3    4) (NH4)2S


Решение

 

№ 1. Большинство соединений металлов имеет ионное строе­ние. В данном перечне таких соединений два: Са(ОН)2 и КClO3. Пер­вое состоит из ионов Са2+ и ОН-, второе — из ионов К+ и ClO3.

 

№ 2. Прежде всего отбросим два газообразных вещества молекулярного строения, в которых нет ионных связей, — SO2 и NH3. Оставшиеся соединения имеют ионное строение. Но в КСl нет ковалентных связей, так как он образован одноатомными ионами. В СаСO3 ковалентные связи есть в карбонат-ионе СO32, а в NH4Cl — в ионе аммония NH4+.Таким образом, условия удовлетворяют веще­ства 1 и 5.

 

Ответ: 1, 5.

 

№3. В веществах 2–4 есть катионы или анионы, состоящие из двух неметаллов: ClO3, SO42, NH4+. Атомы неметаллов в этих ионах связаны между собой ковалентными связями, которых, по условию, быть не должно. Ковалентные связи отсутствуют в NaF, который образован одноатомными ионами Na+ и F.

 

Ответ: 1.


Упражнение 2

 

1. Для соединений с ионным типом связи характерны сле­дующие свойства:

 

1) хрупкость,

2) легкоплавкость,

3) твёрдость,

4) пластичность,

5) электролитическая диссоциация растворов,

6) летучесть.

 

Запишите номера правильных ответов в порядке возрас­тания.

 

2. Определите соединения с ионными кристаллическими решётками:

 

1) Са(ОН)2 ,     2) NH4NO3,

3) Н2O,             4) Ba(NO3)2,

5) НСl,              6)  ССl4.

 

Запишите номера правильных ответов в порядке возрастания.


Контрольные вопросы

  1. Что называется ионной связью? Между атомами каких эле­ментов она образуется?
  2. Какой заряд имеют ионы металлов? Как они называются?
  3. В какие ионы превращаются атомы неметаллов при присоеди­нении электронов?
  4. Чем обусловлены ненаправленность и ненасыщаемость ионной связи?
  5. Что находится в узлах кристаллической решётки металлов и что — между узлами?


Ответы

 

Упражнение 1

 

χ =χ(F) -χ (Cs) = 3,98 - 0,79 = 3,19 — связь можно счи­тать ионной.

 

Упражнение 2

 

1. 1, 3, 5

2. 1, 2, 4


Предыдущий урок
Металлическая химическая связь. Водородная химическая связь
Строение вещества
Следующий урок
Ионная химическая связь и ионные кристаллические решётки
Строение вещества
Урок подготовил(а)
teacher
Дмитрий Алексеевич
Учитель химии
Опыт работы: 10 лет
Поделиться:
  • Построение изображений, создаваемых тонкими линзами

    Физика

  • Вид, его критерии и структура

    Биология

  • Решение треугольников. Теорема о медиане треугольника

    Геометрия

Зарегистрируйся, чтобы присоединиться к обсуждению урока

Добавьте свой отзыв об уроке, войдя на платфому или зарегистрировавшись.

Отзывы об уроке:
Пока никто не оставил отзыв об этом уроке