Замисляли ли сте се защо образуването на йонни съединения е екзотермично? Бързият отговор е, че полученият йонно съединение е по-стабилен от йоните, които са го образували. Допълнителната енергия от йоните се отделя като топлина, когато йонни връзки образуват. Когато повече топлина се освобождава от реакция, отколкото е необходимо, за да се случи, реакцията е екзотермичен.
Разберете енергията на йоновото свързване
Йонните връзки се образуват между два атома с a голяма разлика в електроотрицателността помежду си. Обикновено това е реакция между метали и неметали. Атомите са толкова реактивни, защото нямат пълни валентни електронни обвивки. При този тип връзка, електрон от един атом по същество се дарява на другия атом, за да запълни своята валентна електронна обвивка. Атомът, който "губи" своя електрон във връзката, става по-стабилен, тъй като даряването на електрон води до пълна или полунапълнена валентна обвивка. Първоначалната нестабилност е толкова голяма за алкалните метали и алкалните земи, че е необходимо малко енергия за отстраняване на външния електрон (или 2, за алкалните земи), за да се образуват катиони. От друга страна, халогените лесно приемат електроните за образуване на аниони. Докато анионите са по-стабилни от атомите, още по-добре е, ако двата типа елементи могат да се съберат, за да решат енергийния си проблем. Това е където
йонна възниква свързване.За да разберете наистина какво се случва, помислете за образуването на натриев хлорид (трапезна сол) от натрий и хлор. Ако приемате натриев метал и хлорен газ, солта се образува в ефектно екзотермична реакция (както в, не опитвайте това у дома). Най- балансирано йонно химично уравнение е:
2 Na (s) + Cl2 (ж) → 2 NaCl (s)
NaCl съществува като кристална решетка на натриеви и хлорни йони, където допълнителният електрон от натриевия атом попълва „дупката“, необходима за завършване на външната електронна обвивка на хлорен атом. Сега всеки атом има пълен октет от електрони. От енергийна гледна точка това е силно стабилна конфигурация. Разглеждайки по-внимателно реакцията, може да се объркате, защото:
Загубата на електрон от елемент е винаги ендотермичен (защото е нужна енергия за отстраняване на електрона от атома.
Na → Na+ + 1 е- ΔH = 496 kJ / mol
Докато печалбата на електрон от неметал обикновено е екзотермична (енергията се освобождава, когато неметалът придобие пълен октет).
Cl + 1 е- → Кл- ΔH = -349 kJ / mol
Така че, ако просто направите математиката, можете да видите, че образуването на NaCl от натрий и хлор всъщност изисква добавянето на 147 kJ / mol, за да се превърнат атомите в реактивни йони. Все пак знаем, че от наблюдаването на реакцията се освобождава нетна енергия. Какво се случва?
Отговорът е, че допълнителната енергия, която прави реакцията екзотермична, е решетъчната енергия. Разликата в електрическия заряд между натриевите и хлорните йони кара те да бъдат привлечени един към друг и да се движат един към друг. В крайна сметка противоположно заредените йони образуват йонна връзка помежду си. Най-стабилното разположение на всички йони е кристална решетка. За да се прекъсне решетката NaCl (енергията на решетката) са необходими 788 kJ / mol:
NaCl (и) → Na+ + Cl- АНрешетка = +788 kJ / mol
Формирането на решетката обръща знака върху енталпията, така че ΔH = -788 kJ на мол. Така че, въпреки че са необходими 147 kJ / mol, за да се образуват йони, много повече енергия се освобождава от решетъчната формация. Нетната промяна на енталпията е -641 kJ / mol. Така образуването на йонната връзка е екзотермично. Енергийната решетка също обяснява защо йонните съединения имат тенденция да имат изключително високи температури на топене.
Полиатомните йони образуват връзки по почти същия начин. Разликата е, че разглеждате групата от атоми, която образува този катион и анион, а не всеки отделен атом.