Teoria clasică a legăturii ionice, elaborată în 1916 de W.Kossel, presupune faptul că atomii elementelor tind către o configuraţie mai stabilă de gaz nobil, fie prin cedare fie prin acceptare de electroni, rezultând ioni pozitivi sau negativi mai stabii decât atomii iniţiali. Atracţia electrostatică dintre ionii de semn opus conduce la o apropiere a acestora, până la o distanţă la care se realizează echilibrul cu forţele de respingere dintre învelişurile electronice ale acestora.Astfel, natura „legăturii ionice” este atracţia electrostatică dintre ioni de semn opus.
Teoria electronică clasică consideră legătura chimică rezultatul interacţiunii dintre electronii din stratul exterior, numiţi electroni de valenţă şi postulează că octetul de electroni reprezintă o configuraţie electronică extrem de stabilă. Din această cauză gazele rare, care au 8 electroni pe ultimul strat, sunt practic inerte din punct de vedere chimic, ceilalţi atomi reacţionând între ei în vederea ajustării configuraţiei electronice şi dobândirii uneia stabile.
Elementele din grupele I si II principale au tendinţa de a ceda 1 respectiv 2 electroni şi a ajunge astfel la configuraţia stabilă cu 8 electroni pe ultimul strat, devenind ioni pozitivi. Această tendinţă este pusă în evidenţă de valorile energiei de ionizare mici a metalelor alcaline (v. tab. 1.2.)
Elementele cu 6-7 electroni pe ultimul strat (cele din grupele VI - VII principale) au o tendiţă redusa de a pierde electroni, manifestată prin energii mari de ionizare şi o afinitate mare pentru electroni (în modul) - tabelul 1.2, formând ioni negativi.
Elementele din grupele secundare ale sistemului periodic au pe ultimul strat 1-2 electroni, manifestându-se tendinţa de a se forma ioni pozitivi şi prin pierderea unor electroni de pe penultimul strat, ceea ce explică existenţa mai multor tipuri de ioni pentru acelaşi element.
Valenţa electrochimică a unui atom este reprezentată în teoria lui Kossel de numărul de electroni primiţi sau cedaţi.
Urmărind datele din tabelul 1.2 se observă că energia cedată la formarea unui ion negativ, (Cl- ,de exemplu, 3,74 eV) nu este suficientă pentru ionizarea nici măcar a Cs.
Teoria „legăturii ionice”
Combinaţiile ionice apar spontan şi din elementele aflate în stare liberă datorită existenţei şi a altor factori energetici.
Astfel, la formarea unei substanţe ionice solide intervine -energia de reţea, definită ca fiind energia ce se degajă la formarea unui mol de substanţă cristalizată din ioni aflaţi iniţial la infinit. Starea solidă este o stare caracterizată de o energie scazută, diferenţa dintre energiile corespunzătoare particulelor componente - atomi, molecule, luate separat şi integrate în structura simbolizând energia de reţea.
Pentru a înţelege mai bine originea energiei de reţea să urmărim schema din figura 2.1.
Energia de atractie electrostatica a celor doua perechi de ioni luate separat este de
in timp ce pentru cazul in care au fost integrate in structura, aceasta creste in valoare absoluta la 
Semnul minus este specific interactiilor atractive.
Energia cedata la integrarea ionilor in retea poate determina formarea in continuare a ionilor, proces care este endoterm in ansamblu.
Astfel, la formarea NaCl din Na (g) si Cl (g) exista:
un proces endoterm - ionizarea Na necesita 5,14 eV: Na®Na++e-
un proces exoterm - ionizarea Cl ce elibereaza 3,74 eV: Cl+e-®Cl-
un proces exoterm - integrarea ionilor in retea ce elibereaza~8 eV
Pe ansamblu procesul este exoterm ceea ce arata ca acesta este sensul natural de desfasurare a reactiei.
Pe lângă atracţia electrostatică dintre ioni o contribuţie la realizarea acestor combinaţii chimice o are şi suprapunerea norilor electronici ai ionilor, datorită atracţiei nucleelor vecinilor, astfel încât o „legătură ionică” nu este niciodată „pură”, existând şi o altă componentă datorată „legăturii covalente’ prezentate în subcapitolul următor.
Pe măsura ce diferenţa de electronegativitate dintre speciile atomice participante la „legătura ionică” scade, scade şi ponderea acestei legături în dauna „legăturii covalente”.
Legătura este preponderent ionică atunci când diferenţa dintre electronegativităţile relative ale atomilor implicaţi în legătura depăşeşte 1,7.
Energia de reţea depinde de mai mulţi factori, între care enumerăm:
sarcinile electrice ale ionilor;
razele ionice ale speciilor implicate, energia de reţea scăzând cu creşterea acestora;
modul de aşezare a ionilor în reţea.
Cu cât energia de reţea este mai ridicată, cu atât stabilitatea combinaţiei este mai mare.
Reţinem că în cazul legăturii „ionice” nu se formează molecule, ci nişte asociaţii deschise în care fiecare ion tinde să se înconjoare de ioni de semn opus, alcătuind un agregat tridimensional – reţeaua ionică. Astfel, formulele chimice ale combinaţiilor ionice nu reprezintă decât raportul de combinare al ionilor.
Legătura ionică este neorientată, ionii implicaţi putând avea practic orice poziţie unul faţă de celălalt, respectându-se evident alternanţa ion pozitiv - ion negativ.
Proprietăţile determinate de existenţa unei legături ionice sunt legate de formarea unor reţele ionice cu:
- temperaturi de topire relativ ridicate, ce denotă existenţa unei energii de reţea mari, de ordinul sutelor de KJ/mol,
-coeficient de dilatare mic;
-rezistenţe mecanice bune; solidele cu reţea ionică nu sunt deformabile, maleabile sau ductile, deoarece deplasarea unei porţiuni a cristalului faţă de cealaltă conduce la respingeri între ionii de acelaşi semn şi ruperea materialului (v. fig.2.3);
-proprietăţi de izolator electric în stare solidă şi de conductor în stare topită sau soluţie;
-solubilitate în solvenţi polari, datorită lipsei de orientare a legăturii.
Teoria lui Kossel a „legăturii ionice” nu rezolvă problema combinaţiilor care apar între atomii identici, neputând explica de ce unul dintre atomi ar deveni pozitiv şi celălalt negativ, arătându-şi astfel limitele.
Compuşii „ionici” de interes pentru domeniul construcţiilor vor fi prezentaţi împreună cu cei în care se manifestă şi „legătura covalentă” datorită acţiunii simultane a celor două „tipuri” de legături chimice.
Semnul minus este specific interactiilor atractive.
Energia cedata la integrarea ionilor in retea poate determina formarea in continuare a ionilor, proces care este endoterm in ansamblu.
Astfel, la formarea NaCl din Na (g) si Cl (g) exista:
un proces endoterm - ionizarea Na necesita 5,14 eV: Na®Na++e-
un proces exoterm - ionizarea Cl ce elibereaza 3,74 eV: Cl+e-®Cl-
un proces exoterm - integrarea ionilor in retea ce elibereaza~8 eV
Pe ansamblu procesul este exoterm ceea ce arata ca acesta este sensul natural de desfasurare a reactiei.
Pe lângă atracţia electrostatică dintre ioni o contribuţie la realizarea acestor combinaţii chimice o are şi suprapunerea norilor electronici ai ionilor, datorită atracţiei nucleelor vecinilor, astfel încât o „legătură ionică” nu este niciodată „pură”, existând şi o altă componentă datorată „legăturii covalente’ prezentate în subcapitolul următor.
Pe măsura ce diferenţa de electronegativitate dintre speciile atomice participante la „legătura ionică” scade, scade şi ponderea acestei legături în dauna „legăturii covalente”.
Legătura este preponderent ionică atunci când diferenţa dintre electronegativităţile relative ale atomilor implicaţi în legătura depăşeşte 1,7.
Energia de reţea depinde de mai mulţi factori, între care enumerăm:
sarcinile electrice ale ionilor;
razele ionice ale speciilor implicate, energia de reţea scăzând cu creşterea acestora;
modul de aşezare a ionilor în reţea.
Cu cât energia de reţea este mai ridicată, cu atât stabilitatea combinaţiei este mai mare.
Reţinem că în cazul legăturii „ionice” nu se formează molecule, ci nişte asociaţii deschise în care fiecare ion tinde să se înconjoare de ioni de semn opus, alcătuind un agregat tridimensional – reţeaua ionică. Astfel, formulele chimice ale combinaţiilor ionice nu reprezintă decât raportul de combinare al ionilor.
Legătura ionică este neorientată, ionii implicaţi putând avea practic orice poziţie unul faţă de celălalt, respectându-se evident alternanţa ion pozitiv - ion negativ.
Proprietăţile determinate de existenţa unei legături ionice sunt legate de formarea unor reţele ionice cu:
- temperaturi de topire relativ ridicate, ce denotă existenţa unei energii de reţea mari, de ordinul sutelor de KJ/mol,
-coeficient de dilatare mic;
-rezistenţe mecanice bune; solidele cu reţea ionică nu sunt deformabile, maleabile sau ductile, deoarece deplasarea unei porţiuni a cristalului faţă de cealaltă conduce la respingeri între ionii de acelaşi semn şi ruperea materialului (v. fig.2.3);
-proprietăţi de izolator electric în stare solidă şi de conductor în stare topită sau soluţie;
-solubilitate în solvenţi polari, datorită lipsei de orientare a legăturii.
Teoria lui Kossel a „legăturii ionice” nu rezolvă problema combinaţiilor care apar între atomii identici, neputând explica de ce unul dintre atomi ar deveni pozitiv şi celălalt negativ, arătându-şi astfel limitele.
Compuşii „ionici” de interes pentru domeniul construcţiilor vor fi prezentaţi împreună cu cei în care se manifestă şi „legătura covalentă” datorită acţiunii simultane a celor două „tipuri” de legături chimice.
0 comentarii:
Trimiteți un comentariu