พันธะไอออนิก: ลักษณะการเกิดและตัวอย่าง - เคมี

พันธะไอออนิกเป็นประเภทของพันธะเคมีในที่มี เป็น สถานที่ไฟฟ้าสถิตระหว่างไอออนตรงข้าม นั่นคือไอออนที่มีประจุบวกจะสร้างพันธะกับไอออนที่มีประจุลบซึ่งจะถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่ง

พันธะเคมีประเภทนี้เกิดขึ้นเมื่อเวเลนซ์อิเล็กตรอนจากอะตอมหนึ่งถูกถ่ายโอนไปยังอะตอมอื่นอย่างถาวร อะตอมที่สูญเสียอิเล็กตรอนจะกลายเป็นไอออนบวก (ประจุบวก) และอะตอมที่ได้รับอิเล็กตรอนจะกลายเป็นประจุลบ (ประจุลบ)

ตัวอย่างพันธะไอออนิก: โซเดียมฟลูออไรด์ โซเดียมจะสูญเสียเวเลนซ์อิเล็กตรอนไปหนึ่งตัวและให้ฟลูออรีน Wdcf

แนวคิดพันธะไอออนิก

พันธะไอออนิกคือสิ่งที่อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเรียกว่าไอออนทำปฏิกิริยาเพื่อก่อให้เกิดของแข็งและของเหลวไอออนิก พันธะนี้เป็นผลมาจากปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิตระหว่างอิออนหลายร้อยล้านไอออนและไม่ จำกัด เพียงสองสามตัวเท่านั้น นั่นคือมันเกินกว่าแรงดึงดูดระหว่างประจุบวกต่อประจุลบ

พิจารณาตัวอย่างเช่นโซเดียมคลอไรด์สารประกอบไอออนิก NaCl หรือที่รู้จักกันดีในชื่อเกลือแกง ในโซเดียมคลอไรด์ที่อิออนที่เด่นกว่าพันธบัตรจึงประกอบด้วย Na ⁺และ Cl ^-ไอออน Na ⁺คือไอออนบวกหรือไอออนบวกในขณะที่ Cl ^- (คลอไรด์) เป็นไอออนลบหรือแอนไอออน

Na + และ Cl- ไอออนในโซเดียมคลอไรด์ถูกจับเข้าด้วยกันโดยพันธะไอออนิก ที่มา: Eyal Bairey ผ่าน Wikipedia

ทั้ง Na ⁺และ Cl ^-ดึงดูดให้มีประจุไฟฟ้าตรงกันข้าม ระยะห่างระหว่างไอออนเหล่านี้ทำให้ผู้อื่นเข้ามาใกล้กันมากขึ้นดังนั้นคู่และคู่ของ NaCl จึงปรากฏขึ้น นา⁺ไพเพอร์จะผลักกันเพราะพวกเขามีค่าใช้จ่ายเท่ากันและเหมือนกันที่เกิดขึ้นกับแต่ละอื่น ๆ ที่มี Cl ^-แอนไอออน

มีมาถึงช่วงเวลาหนึ่งที่ Na ⁺และ Cl ^-ไอออนนับล้านสามารถรวมกันเป็นหนึ่งเดียวกันเพื่อสร้างโครงสร้างที่มีเสถียรภาพมากที่สุด หนึ่งถูกควบคุมโดยพันธะไอออนิก (ภาพบนสุด) Na ⁺ไอออนบวกมีขนาดเล็กกว่า Cl ^-แอนไอออนเนื่องจากแรงนิวเคลียร์ที่มีประสิทธิผลที่เพิ่มขึ้นของนิวเคลียสของพวกมันต่ออิเล็กตรอนภายนอก

พันธะไอออนิกของ NaCl Rhannosh / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

พันธะไอออนิกมีลักษณะโดยการสร้างโครงสร้างตามลำดับซึ่งระยะห่างระหว่างไอออน (Na ⁺และ Cl ^-ในกรณีของ NaCl) มีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับของแข็งอื่น ๆ ดังนั้นเราจึงพูดถึงโครงสร้างผลึกไอออนิก

พันธะไอออนิกเกิดขึ้นได้อย่างไร?

พันธะไอออนิกจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อมีการกระจายของอิเล็กตรอนเพื่อให้ประจุของไอออนเกิดขึ้น พันธะประเภทนี้ไม่สามารถเกิดขึ้นได้ระหว่างอนุภาคที่เป็นกลาง จำเป็นต้องมีไอออนบวกและแอนไอออน แต่พวกเขามาจากไหน?

ภาพประกอบพันธะไอออนิก ก) โซเดียมมีประจุลบสุทธิ b) โซเดียมให้อิเล็กตรอนแก่คลอรีน โซเดียมยังคงมีประจุบวกสุทธิและคลอรีนที่มีประจุลบสุทธิสร้างพันธะไอออนิก พันธะประเภทนี้ระหว่างอะตอม Na และ Cl หลายล้านอะตอมก่อให้เกิดเกลือทางกายภาพ วิทยาลัย OpenStax / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

มีทางเดินมากมายที่ไอออนเกิดขึ้น แต่โดยพื้นฐานแล้วจำนวนมากขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาการลดออกซิเดชั่น สารประกอบไอออนิกอนินทรีย์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยธาตุโลหะที่เชื่อมด้วยธาตุอโลหะ (ซึ่งอยู่ในบล็อก p ของตารางธาตุ)

โลหะจะต้องออกซิไดซ์สูญเสียอิเล็กตรอนกลายเป็นไอออนบวก ในทางกลับกันองค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะจะลดลงได้รับอิเล็กตรอนเหล่านี้และกลายเป็นประจุลบ ภาพต่อไปนี้แสดงจุดนี้สำหรับการสร้าง NaCl จากอะตอมของโซเดียมและคลอรีน:

การก่อตัวของพันธะไอออนิก ที่มา: Shafei ที่ภาษาอาหรับ Wikipedia / โดเมนสาธารณะ

นาอะตอมบริจาคหนึ่งของอิเล็กตรอนในการ Cl เมื่อการกระจายของอิเล็กตรอนนี้เกิดขึ้น ณ . ⁺และ Cl ^-ไอออนที่เกิดขึ้นซึ่งเริ่มต้นที่จะดึงดูดความสนใจของแต่ละอื่น ๆ ได้ทันทีและ electrostatically

ดังนั้นจึงกล่าวได้ว่า Na ⁺และ Cl ^-ไม่ใช้อิเล็กตรอนร่วมกันซึ่งแตกต่างจากสิ่งที่คาดหวังสำหรับพันธะโคเวเลนต์ Na-Cl สมมุติ

คุณสมบัติของพันธะไอออนิก

พันธะไอออนิกไม่มีทิศทางกล่าวคือแรงของมันไม่ได้อยู่ในทิศทางเดียว แต่จะกระจายไปตามอวกาศโดยเป็นฟังก์ชันของระยะทางที่แยกไอออนออก ข้อเท็จจริงนี้มีความสำคัญเนื่องจากหมายความว่าไอออนมีพันธะอย่างมากซึ่งอธิบายคุณสมบัติทางกายภาพหลายประการของของแข็งไอออนิก

จุดหลอมเหลว

พันธะไอออนิกมีหน้าที่ทำให้เกลือละลายที่อุณหภูมิ 801 ºC อุณหภูมินี้สูงมากเมื่อเทียบกับจุดหลอมเหลวของโลหะต่างๆ

เนื่องจาก NaCl ต้องดูดซับความร้อนเพียงพอเพื่อให้ไอออนของมันเริ่มไหลออกจากผลึกได้อย่างอิสระ นั่นคือสถานที่ท่องเที่ยวระหว่าง Na ⁺และ Cl ^-ต้องเอาชนะให้ได้

จุดเดือด

จุดหลอมเหลวและจุดเดือดของสารประกอบไอออนิกนั้นสูงเป็นพิเศษเนื่องจากปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิตที่รุนแรง ได้แก่ พันธะไอออนิก อย่างไรก็ตามเนื่องจากพันธะนี้เกี่ยวข้องกับไอออนจำนวนมากพฤติกรรมนี้มักเกิดจากแรงระหว่างโมเลกุลและไม่ถูกต้องกับพันธะไอออนิก

ในกรณีของเกลือเมื่อ NaCl ละลายแล้วจะได้ของเหลวที่ประกอบด้วยไอออนเริ่มต้นเดียวกัน ตอนนี้พวกเขาเคลื่อนไหวได้อย่างอิสระมากขึ้น พันธะไอออนิกยังคงมีอยู่ นา⁺และ Cl ^-ไอออนตอบสนองที่พื้นผิวของของเหลวที่จะสร้างแรงตึงผิวสูงซึ่งจะช่วยป้องกันไอออนจากการหลบหนีเข้าสู่ขั้นตอนก๊าซ

ดังนั้นเกลือที่หลอมเหลวจะต้องเพิ่มอุณหภูมิให้เดือดมากขึ้น จุดเดือดของ NaCl คือ 1465 ° C ที่อุณหภูมินี้ความร้อนเกินกว่าสถานที่สำคัญในระหว่าง Na ⁺และ Cl ^-ในของเหลวดังนั้นไอระเหยโซเดียมคลอไรด์เริ่มต้นที่จะรูปแบบที่มีความดันเท่ากับบรรยากาศ

อิเล็ก

ก่อนหน้านี้มีการกล่าวว่าพันธะไอออนิกเกิดขึ้นระหว่างธาตุโลหะและองค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะ ในระยะสั้น: ระหว่างโลหะกับอโลหะ โดยปกติจะเป็นเช่นเดียวกับสารประกอบไอออนินทรีย์อนินทรีย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งประเภทไบนารีเช่น NaCl

เพื่อให้พาร์ติชันของอิเล็กตรอน (Na ⁺ Cl ^- ) เกิดขึ้นและไม่เกิดการแบ่งปัน (Na-Cl) จะต้องมีความแตกต่างอย่างมากในอิเล็กโทรเนกาติวิตีระหว่างอะตอมทั้งสอง มิฉะนั้นจะไม่มีพันธะไอออนิกระหว่างทั้งสอง อาจเป็นไปได้ว่า Na และ Cl เข้าใกล้กันมากขึ้นมีปฏิสัมพันธ์กัน แต่ในทันที Cl เนื่องจากค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีที่สูงขึ้น "รับ" อิเล็กตรอนจาก Na

อย่างไรก็ตามสถานการณ์นี้ใช้กับสารประกอบไบนารี MX เช่น NaCl เท่านั้น สำหรับเกลือหรือสารประกอบไอออนิกอื่น ๆ กระบวนการก่อตัวของพวกมันซับซ้อนกว่าและไม่สามารถเข้าถึงได้จากมุมมองของอะตอมหรือโมเลกุลล้วนๆ

ประเภท

ไม่มีพันธะไอออนิกประเภทต่าง ๆ เนื่องจากปรากฏการณ์ไฟฟ้าสถิตเป็นลักษณะทางกายภาพล้วนๆแตกต่างกันไปเฉพาะวิธีที่ไอออนมีปฏิสัมพันธ์หรือจำนวนอะตอมที่มี นั่นคือถ้าเป็นไอออนเชิงเดี่ยวหรือโพลีอะตอมมิก ในทำนองเดียวกันแต่ละองค์ประกอบหรือสารประกอบจะกำเนิดไอออนลักษณะที่กำหนดลักษณะของสารประกอบ

ในส่วนตัวอย่างเราจะเจาะลึกประเด็นนี้และจะเห็นว่าพันธะไอออนิกมีสาระสำคัญเหมือนกันในสารประกอบทั้งหมด เมื่อสิ่งนี้ไม่ได้รับการตอบสนองกล่าวกันว่าพันธะไอออนิกมีลักษณะโควาเลนต์ซึ่งเป็นกรณีของเกลือโลหะทรานซิชันจำนวนมากโดยที่แอนไอออนประสานกับไอออนบวก ตัวอย่างเช่น FeCl ₃ (Fe ³⁺ -Cl ^- )

ตัวอย่างของพันธะไอออนิก

สารประกอบไอออนิกหลายชนิดจะแสดงไว้ด้านล่างและไอออนและสัดส่วนของมันจะถูกเน้น:

- แมกนีเซียมคลอไรด์

MgCl ₂ , (Mg ²⁺ Cl ^- ) ในอัตราส่วน 1: 2 (Mg ²⁺ : 2 Cl ^- )

- โพแทสเซียมฟลูออไรด์

KF, (K ⁺ F ^- ) ในอัตราส่วน 1: 1 (K ⁺ : F ^- )

- โซเดียมซัลไฟด์

Na ₂ S, (Na ⁺ S ^2- ) ในอัตราส่วน 2: 1 (2Na ⁺ : S ^2- )

- ลิโธไฮดรอกไซด์

LiOH, (Li ⁺ OH ^- ) ในอัตราส่วน 1: 1 (Li ⁺ : OH ^- )

- แคลเซียมฟลูออไรด์

CaF ₂ , (Ca ²⁺ F ^- ) ในอัตราส่วน 1: 2 (Ca ²⁺ : 2F ^- )

- โซเดียมคาร์บอเนต

Na ₂ CO ₃ , (Na ⁺ CO ₃^2- ) ในอัตราส่วน 2: 1 (2Na ⁺ : CO ₃^2- )

- แคลเซียมคาร์บอเนต

CaCO ₃ , (Ca ²⁺ CO ₃^2- ) ในอัตราส่วน 1: 1 (Ca ²⁺ : CO ₃^2- )

- โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต

KMnO ₄ , (K ⁺ MnO ₄^- ) ในอัตราส่วน 1: 1 (K ⁺ : MnO ₄^- )

- คอปเปอร์ซัลเฟต

CuSO ₄ , (Cu ²⁺ SO ₄^2- ) ในอัตราส่วน 1: 1 (Cu ²⁺ : SO ₄^2- )

- แบเรียมไฮดรอกไซด์

Ba (OH) ₂ , (Ba ²⁺ OH ^- ) ในอัตราส่วน 1: 2 (Ba ²⁺ : OH ^- )

- อะลูมิเนียมโบรไมด์

AlBr ₃ , (Al ³⁺ Br ^- ) ในอัตราส่วน 1: 3 (Al ³⁺ : 3Br ^- )

- เหล็ก (III) ออกไซด์

Fe ₂ O ₃ , (Fe ³⁺ O ^2- ) ในอัตราส่วน 2: 3 (2Fe ³⁺ : 3O ^2- )

- สตรอนเทียมออกไซด์

SrO, (Sr ²⁺ O ^2- ) ในอัตราส่วน 1: 1 (Sr ²⁺ : O ^2- )

- ซิลเวอร์คลอไรด์

AgCl, (Ag ⁺ Cl ^- ) ในอัตราส่วน 1: 1 (Ag ⁺ : Cl ^- )

- อื่น ๆ

-CH ₃ COONa, (CH ₃ COO ^- Na ⁺ ) ในอัตราส่วน 1: 1 (CH ₃ COO ^- : Na ⁺ )

- NH ₄ I, (NH ₄⁺ I ^- ) ในอัตราส่วน 1: 1 (NH ₄⁺ : I ^- )

สารประกอบเหล่านี้แต่ละชนิดมีพันธะไอออนิกที่ไอออนนับล้านซึ่งสอดคล้องกับสูตรทางเคมีของพวกมันถูกดึงดูดด้วยไฟฟ้าสถิตและก่อตัวเป็นของแข็ง ยิ่งประจุไอออนิกมีขนาดมากเท่าใดก็จะทำให้เกิดไฟฟ้าสถิตและแรงผลักได้มากขึ้น

ดังนั้นพันธะไอออนิกจึงมีแนวโน้มที่จะแข็งแกร่งขึ้นยิ่งประจุไฟฟ้าของไอออนที่ประกอบเป็นสารประกอบมากขึ้น

แบบฝึกหัดที่แก้ไข

ต่อไปนี้เป็นแบบฝึกหัดบางส่วนที่นำไปสู่การปฏิบัติความรู้พื้นฐานของพันธะไอออนิก

- แบบฝึกหัด 1

สารประกอบใดต่อไปนี้เป็นไอออนิก ตัวเลือก ได้แก่ HF, H ₂ O, NaH, H ₂ S, NH ₃และ MgO

สารประกอบไอออนิกตามนิยามต้องมีพันธะไอออนิก ยิ่งความแตกต่างของอิเล็กโตรเนกาติวิตีระหว่างองค์ประกอบที่เป็นส่วนประกอบของมันมากเท่าใดก็ยิ่งมีลักษณะไอออนิกของพันธะดังกล่าวมากขึ้นเท่านั้น

ดังนั้นตัวเลือกที่ไม่ได้มีธาตุโลหะที่มีการปกครองออกในหลักการ: HF, H ₂ O, H ₂ S และ NH 3สารประกอบเหล่านี้ประกอบด้วยองค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะเท่านั้น ไอออนบวก NH ₄⁺เป็นข้อยกเว้นของกฎนี้เนื่องจากไม่มีโลหะใด ๆ

ตัวเลือกที่เหลือคือ NaH และ MgO ซึ่งมีโลหะ Na และ Mg ตามลำดับติดกับองค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะ NaH (Na ⁺ H ^- ) และ MgO (Mg ²⁺ O ^2- ) เป็นสารประกอบไอออนิก

- แบบฝึกหัด 2

พิจารณาสารประกอบสมมุติต่อไปนี้ Ag (NH ₄ ) ₂ CO ₃ I. ไอออนของมันคืออะไรและพบได้ในสัดส่วนใดในของแข็ง

ย่อยสลายสารเข้าไปในไอออนของเรา: Ag ⁺ , NH ₄⁺ , CO ₃^2-และฉัน-สิ่งเหล่านี้เชื่อมต่อด้วยไฟฟ้าสถิตตามอัตราส่วน 1: 2: 1: 1 (Ag ⁺ : 2NH ₄⁺ : CO ₃^2- : I ^- ) ซึ่งหมายความว่าปริมาณของ NH ₄⁺ไพเพอร์เป็นสองเท่าของ Ag ⁺ , CO ₃^2-และฉัน^-ไอออน

- แบบฝึกหัด 3

KBr ประกอบด้วย K ⁺และ Br ^-ไอออนโดยมีขนาดประจุ จากนั้น CaS มีไอออน Ca ²⁺และ S ^2-มีประจุขนาดสองเท่าดังนั้นจึงคิดได้ว่าพันธะไอออนิกใน CaS นั้นแข็งแกร่งกว่าใน KBr และยังแข็งแกร่งกว่า Na ₂ SO ₄ตั้งแต่หลังประกอบด้วย Na ⁺และ SO ₄^2-ไอออน

ทั้ง CaS และ CuO อาจมีพันธะไอออนิกที่แข็งแรงพอ ๆ กันเนื่องจากทั้งสองมีไอออนที่มีประจุสองขนาด ต่อไปเรามี Alpo ₄กับ Al ³⁺และ PO ₄^3-ไอออน ไอออนเหล่านี้มีประจุขนาดสามเท่าดังนั้นพันธะไอออนิกใน AlPO ₄ควรจะแข็งแรงกว่าในตัวเลือกก่อนหน้านี้ทั้งหมด

และในที่สุดเรามีผู้ชนะ Pb ₃ P ₄เพราะถ้าเราคิดว่ามันถูกสร้างขึ้นจากไอออนเหล่านี้กลายเป็น Pb ⁴⁺และ P 3-ประจุของพวกเขามีขนาดสูงสุด ดังนั้น Pb ₃ P ₄จึงเป็นสารประกอบที่อาจมีพันธะไอออนิกที่แข็งแกร่งที่สุด

อ้างอิง

Whitten, Davis, Peck & Stanley (2008) เคมี (ฉบับที่ 8) CENGAGE การเรียนรู้
ตัวสั่นและแอตกินส์ (2008) เคมีอนินทรีย์. (พิมพ์ครั้งที่สี่). Mc Graw Hill
วิกิพีเดีย (2020) พันธะไอออนิก สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11 กุมภาพันธ์ 2563). Ionic vs Covalent Bonds - เข้าใจความแตกต่าง ดึงมาจาก: thoughtco.com
บรรณาธิการของสารานุกรมบริแทนนิกา (31 มกราคม 2563). พันธะไอออนิก สารานุกรมบริแทนนิกา. ดึงมาจาก: britannica.com
พจนานุกรม Chemicool (2017) ความหมายของพันธะไอออนิก ดึงมาจาก: chemicool.com

พันธะไอออนิก: ลักษณะการเกิดและตัวอย่าง - เคมี - 2026