Związek jonowy - Ionic compound

Krystaliczna struktura chlorku sodu , NaCl, typowy związek jonowy. Kulki fioletowe reprezentują kationy sodu , Na ⁺ , a kulki zielone reprezentują aniony chlorkowe , Cl ⁻ . Żółte kropki pokazują siły elektrostatyczne.

W chemii An jonowy związek to związek chemiczny składający się z jonów utrzymywane razem przez siły elektrostatyczne określany wiązań jonowych . Związek jest ogólnie obojętny, ale składa się z dodatnio naładowanych jonów zwanych kationami i ujemnie naładowanych jonów zwanych anionami . Mogą to być proste jony, takie jak sód (Na ⁺ ) i chlorek (Cl ⁻ ) w chlorku sodu lub związki wieloatomowe, takie jak amon ( NH⁺
₄) i węglan ( CO²
₃) jony w węglanie amonu . Poszczególne jony w związku jonowym zwykle mają wielu najbliższych sąsiadów, więc nie są uważane za część cząsteczek, ale za część ciągłej trójwymiarowej sieci. Związki jonowe zwykle tworzą struktury krystaliczne w stanie stałym.

Związki jonowe zawierające jony zasadowe wodorotlenek (OH ⁻ ) lub tlenek (O ^2- ) są klasyfikowane jako zasady. Związki jonowe bez tych jonów są również znane jako sole i mogą powstawać w reakcjach kwasowo-zasadowych . Związki jonowe mogą być wytwarzane z ich jonów składowych po odparowaniu ich rozpuszczalnikiem , strącania , zamrażania , a reakcję w stanie stałym , lub przeniesienia elektronu reakcji reaktywnych metali reaktywnymi niemetali, takie jak halogenowe gazów.

Związki jonowe mają zazwyczaj wysokie temperatury topnienia i wrzenia , są twarde i kruche . Jako ciała stałe prawie zawsze izolują elektrycznie , ale po stopieniu lub rozpuszczeniu stają się wysoce przewodzące , ponieważ jony są mobilizowane.

Historia odkrycia

Słowo jon to greckie ἰόν , ion , "iść", imiesłów czasu teraźniejszego od ἰέναι , ienai , "iść". Termin ten został wprowadzony przez fizyka i chemika Michaela Faradaya w 1834 roku dla nieznanego wówczas gatunku, który przechodzi z jednej elektrody na drugą w środowisku wodnym.

Spektrometr rentgenowski opracowany przez Bragg

W 1913 r. strukturę krystaliczną chlorku sodu określili William Henry Bragg i William Lawrence Bragg . Ujawniło to, że dla każdego atomu istnieje sześć równoodległych najbliższych sąsiadów, co dowodzi, że składniki nie były ułożone w molekuły lub skończone agregaty, lecz jako sieć o dalekosiężnym uporządkowaniu krystalicznym . Stwierdzono również, że wiele innych związków nieorganicznych ma podobne cechy strukturalne. Związki te zostały wkrótce opisane jako złożone z jonów, a nie neutralnych atomów , ale dowód tej hipotezy znaleziono dopiero w połowie lat dwudziestych, kiedy przeprowadzono eksperymenty z odbiciem promieniowania rentgenowskiego (które wykrywają gęstość elektronów).

Głównymi współtwórcami opracowania teoretycznego podejścia do jonowych struktur krystalicznych byli Max Born , Fritz Haber , Alfred Landé , Erwin Madelung , Paul Peter Ewald i Kazimierz Fajans . Przewidywane przez Borna energie kryształów oparte na założeniu składników jonowych, które wykazywały dobrą zgodność z pomiarami termochemicznymi , dodatkowo potwierdzają to założenie.

Tworzenie

Halit , mineralna forma chlorku sodu , tworzy się, gdy słona woda odparowuje, pozostawiając za sobą jony.

Związki jonowe mogą być wytwarzane z jonów składowych poprzez odparowanie , wytrącanie lub zamrażanie . Metale reaktywne, takie jak metale alkaliczne, mogą bezpośrednio reagować z silnie elektroujemnymi gazami halogenowymi, tworząc produkt jonowy. Mogą być również syntetyzowane jako produkt wysokiej temperatury reakcji między ciałami stałymi.

Jeśli związek jonowy jest rozpuszczalny w rozpuszczalniku, można go otrzymać jako związek stały przez odparowanie rozpuszczalnika z tego roztworu elektrolitu . W miarę odparowywania rozpuszczalnika jony nie przechodzą do pary, ale pozostają w pozostałym roztworze, a gdy są wystarczająco stężone, następuje zarodkowanie i krystalizują do związku jonowego. Proces ten występuje powszechnie w przyrodzie i jest środkiem tworzenia minerałów ewaporatów . Inna metoda odzyskiwania związku z roztworu polega na nasyceniu roztworu w wysokiej temperaturze, a następnie zmniejszeniu rozpuszczalności przez obniżenie temperatury aż do przesycenia roztworu i zarodkowania stałego związku.

Nierozpuszczalne związki jonowe można wytrącić przez zmieszanie dwóch roztworów, jednego z kationem, a drugiego z anionem. Ponieważ wszystkie roztwory są elektrycznie obojętne, dwa zmieszane roztwory muszą również zawierać przeciwjony o przeciwnych ładunkach. Aby zapewnić, że nie zanieczyszczają one wytrąconego związku jonowego, ważne jest, aby nie wytrącały się one również. Jeśli dwa roztwory mają jony wodorowe i wodorotlenkowe jako przeciwjony, będą reagować ze sobą w tak zwanej reakcji kwasowo-zasadowej lub reakcji neutralizacji, tworząc wodę. Alternatywnie przeciwjony można dobrać tak, aby nawet połączone w jeden roztwór pozostały rozpuszczalne jako jony obserwatora .

Jeśli rozpuszczalnikiem jest woda w metodzie tworzenia odparowywania lub wytrącania, w wielu przypadkach utworzony kryształ jonowy zawiera również wodę krystalizacyjną , więc produkt jest znany jako hydrat i może mieć bardzo różne właściwości chemiczne.

Stopione sole zestalają się po schłodzeniu do temperatury poniżej ich temperatury zamarzania . Jest to czasami wykorzystywane do syntezy w stanie stałym złożonych związków jonowych ze stałych reagentów, które najpierw są razem stapiane. W innych przypadkach stałe reagenty nie muszą być topione, ale zamiast tego mogą reagować na drodze reakcji w stanie stałym . W tej metodzie reagenty są wielokrotnie drobno mielone na pastę, a następnie ogrzewane do temperatury, w której jony z sąsiednich reagentów mogą dyfundować razem w czasie, gdy mieszanina reagentów pozostaje w piecu. Inne drogi syntezy wykorzystują stały prekursor o prawidłowym stosunku stechiometrycznym nielotnych jonów, który jest podgrzewany w celu wypędzenia innych gatunków.

W niektórych reakcjach między wysoce reaktywnymi metalami (zwykle z Grupy 1 lub Grupy 2 ) a wysoce elektroujemnymi gazami halogenowymi lub wodą, atomy mogą być jonizowane przez przeniesienie elektronów , proces termodynamicznie rozumiany przy użyciu cyklu Borna-Habera .

Klejenie

Schematyczny diagram powłoki elektronowej atomów sodu i fluoru przechodzących reakcję redoks z wytworzeniem fluorku sodu . Sód traci swój zewnętrzny elektron, aby nadać mu stabilną konfigurację elektronową , a elektron ten wchodzi do atomu fluoru egzotermicznie . Przeciwnie naładowane jony – zazwyczaj bardzo wiele z nich – są następnie przyciągane do siebie, tworząc ciało stałe.

Jony w związkach jonowych są przede wszystkim utrzymywane razem przez siły elektrostatyczne między rozkładem ładunków tych ciał, a w szczególności wiązanie jonowe wynikające z dalekosiężnego przyciągania kulombowskiego między ujemnym ładunkiem netto anionów i dodatnim ładunkiem netto kationów . Istnieje również niewielka dodatkowa siła przyciągania z oddziaływań van der Waalsa, która stanowi jedynie około 1-2% energii kohezyjnej dla małych jonów. Kiedy para jonów zbliży się na tyle blisko, że ich zewnętrzne powłoki elektronowe (większość prostych jonów ma zamknięte powłoki ) na siebie, pojawia się siła odpychająca o krótkim zasięgu, ze względu na zasadę wykluczenia Pauliego . Równowaga między tymi siłami prowadzi do powstania studni energii potencjalnej o minimalnej energii, gdy jądra są oddzielone określoną odległością równowagi.

Jeśli na strukturę elektronową dwóch oddziałujących ciał ma wpływ obecność siebie nawzajem, oddziaływania kowalencyjne (niejonowe) również przyczyniają się do całkowitej energii utworzonego związku. Związki jonowe rzadko są czysto jonowe, tj. utrzymywane razem tylko przez siły elektrostatyczne. Wiązania między nawet najbardziej elektroujemnymi / elektrododatnimi parami, takimi jak te w fluorku cezu, wykazują niewielki stopień kowalencji . Odwrotnie, wiązania kowalencyjne między różnymi atomami często wykazują pewien rozdział ładunku i można je uznać za częściowy charakter jonowy. Okoliczności, w których związek będzie miał charakter jonowy lub kowalencyjny, można zazwyczaj zrozumieć za pomocą reguł Fajansa , które wykorzystują tylko ładunki i rozmiary każdego jonu. Zgodnie z tymi zasadami, związki o najbardziej jonowym charakterze będą miały duże jony dodatnie o niskim ładunku, związane z małym jonem ujemnym o wysokim ładunku. Bardziej ogólnie można zastosować teorię HSAB , zgodnie z którą związkami o najbardziej jonowym charakterze są związki składające się z twardych kwasów i twardych zasad: małe, wysoko naładowane jony o dużej różnicy elektroujemności między anionem a kationem. Ta różnica w elektroujemnościach oznacza, że ​​rozdzielenie ładunku i wynikający z niego moment dipolowy jest utrzymywany nawet wtedy, gdy jony są w kontakcie (nadmiar elektronów na anionach nie jest przenoszony ani polaryzowany w celu zneutralizowania kationów).

Struktura

Komórka elementarna struktury mieszanki cynku

Jony zazwyczaj pakują się w niezwykle regularne struktury krystaliczne, w układzie, który minimalizuje energię sieci (maksymalizując przyciąganie i minimalizując odpychanie). Energia sieci jest sumą interakcji wszystkich miejsc ze wszystkimi innymi miejscami. W przypadku niepolaryzowalnych jonów kulistych do określenia energii oddziaływania elektrostatycznego wymagane są tylko ładunki i odległości. Dla każdej konkretnej idealnej struktury krystalicznej wszystkie odległości są geometrycznie powiązane z najmniejszą odległością międzyjądrową. Tak więc dla każdej możliwej struktury krystalicznej całkowita energia elektrostatyczna może być powiązana z energią elektrostatyczną ładunków jednostkowych w najbliższej sąsiedniej odległości przez stałą multiplikatywną zwaną stałą Madelunga, którą można skutecznie obliczyć za pomocą sumy Ewalda . Gdy forma przyjmuje rozsądne dla dodatkowej energii odpychającej całkowita energia sieci może być modelowany za pomocą równania Born-Lände , z równania Born-Mayer , lub w przypadku braku informacji strukturalnych, równania Kapustinskii .

Stosując jeszcze prostsze przybliżenie jonów jako nieprzenikalnych twardych sfer, rozmieszczenie anionów w tych układach jest często związane z ciasno upakowanymi układami sfer, z kationami zajmującymi czworościenne lub oktaedryczne szczeliny . W zależności od stechiometrii związku jonowego i koordynacji (określonej głównie przez stosunek promieni ) kationów i anionów, powszechnie obserwuje się różne struktury i teoretycznie racjonalizuje się je za pomocą reguł Paulinga .

W niektórych przypadkach aniony przyjmują proste upakowanie sześcienne, a obserwowane wspólne struktury to:

Niektóre ciecze jonowe, szczególnie z mieszaninami anionów lub kationów, mogą być chłodzone na tyle szybko, że nie ma wystarczająco dużo czasu na zajście zarodkowania kryształów , więc powstaje szkło jonowe (bez uporządkowania dalekiego zasięgu).

Wady

Wada Frenkla

Wada Schottky'ego

W krysztale jonowym zwykle występują pewne defekty punktowe, ale aby zachować elektroneutralność, defekty te występują parami. Defekty Frenkla składają się z wakancji kationowej sparowanej z międzywęzłowym kationem i mogą być generowane w dowolnym miejscu w masie kryształu, występując najczęściej w związkach o niskiej liczbie koordynacyjnej i kationach, które są znacznie mniejsze niż aniony. Defekty Schottky'ego składają się z jednej wakancji każdego typu i są generowane na powierzchni kryształu, występując najczęściej w związkach o wysokiej liczbie koordynacyjnej oraz gdy aniony i kationy mają zbliżoną wielkość. Jeżeli kationy mają wiele możliwych stopni utlenienia , wakansy kationowe mogą kompensować niedobory elektronowe w miejscach kationów o wyższych stopniach utlenienia, dając w wyniku związek niestechiometryczny . Inną niestechiometryczną możliwością jest utworzenie F-centrum , wolnego elektronu zajmującego wakat anionowy. Gdy związek ma trzy lub więcej składników jonowych, możliwych jest jeszcze więcej typów defektów. Wszystkie te defekty punktowe mogą być generowane przez drgania termiczne i mieć stężenie równowagowe . Ponieważ są energetycznie kosztowne, ale entropowo korzystne, występują w większym stężeniu w wyższych temperaturach. Po wygenerowaniu te pary defektów mogą rozprzestrzeniać się w większości niezależnie od siebie, przeskakując między miejscami sieci. Ta defektowa mobilność jest źródłem większości zjawisk transportu w krysztale jonowym, w tym dyfuzji i przewodnictwa jonowego w stanie stałym . Kiedy wakaty zderzają się z reklamami pełnoekranowymi (Frenkel), mogą się nawzajem łączyć i unicestwiać. Podobnie wakaty są usuwane, gdy dotrą do powierzchni kryształu (Schottky). Wady w strukturze kryształu generalnie rozszerzają parametry sieci , zmniejszając ogólną gęstość kryształu. Defekty powodują również, że jony znajdują się w wyraźnie różnych środowiskach lokalnych, co powoduje, że doświadczają odmiennej symetrii pola krystalicznego , szczególnie w przypadku różnych kationów wymieniających miejsca sieci. Prowadzi to do różnych rozszczepienia z orbitali d elektronów , tak że absorpcja optyczna (a tym samym kolor) mogą zmieniać się stężenia wady.

Nieruchomości

Kwasowość/zasadowość

Związki jonowe zawierające jony wodorowe (H ⁺ ) są klasyfikowane jako kwasy , a te zawierające kationy elektrododatnie i aniony zasadowe jony wodorotlenowe (OH ⁻ ) lub tlenkowe (O ^2- ) są klasyfikowane jako zasady. Inne związki jonowe są znane jako sole i mogą powstawać w reakcjach kwasowo-zasadowych . Jeśli związek jest wynikiem reakcji mocnego kwasu ze słabą zasadą , wynikiem jest sól kwasowa . Jeśli jest wynikiem reakcji mocnej zasady ze słabym kwasem , wynikiem jest sól zasadowa . Jeśli jest wynikiem reakcji mocnego kwasu i mocnej zasady, wynikiem jest sól obojętna. Słabe kwasy reagujące ze słabymi zasadami mogą wytwarzać związki jonowe zarówno ze sprzężonym jonem zasadowym, jak i sprzężonym jonem kwasowym, takim jak octan amonu .

Niektóre jony są klasyfikowane jako amfoteryczne , zdolne do reagowania z kwasem lub zasadą. Jest to również prawdziwe w odniesieniu do niektórych związków o charakterze jonowym, zazwyczaj tlenki lub wodorotlenki metali mniej naładowany (czyli związek ma również znaczący charakter kowalencyjne), taki jak tlenek cynku , wodorotlenek glinu , tlenek glinu i ołowiu (II), tlenek .

Temperatura topnienia i wrzenia

Siły elektrostatyczne między cząstkami są najsilniejsze, gdy ładunki są wysokie, a odległość między jądrami jonów jest niewielka. W takich przypadkach związki na ogół mają bardzo wysokie temperatury topnienia i wrzenia oraz niską prężność par . Trendy w temperaturach topnienia można jeszcze lepiej wyjaśnić, biorąc pod uwagę strukturę i stosunek wielkości jonów. Powyżej temperatury topnienia jonowe ciała stałe topią się i stają się stopionymi solami (chociaż niektóre związki jonowe, takie jak chlorek glinu i chlorek żelaza(III) wykazują w fazie ciekłej strukturę cząsteczkową). Związki nieorganiczne z prostymi jonami zazwyczaj mają małe jony, a zatem mają wysoką temperaturę topnienia, podobnie jak ciała stałe w temperaturze pokojowej. Jednak niektóre substancje z większymi jonami mają temperaturę topnienia poniżej lub zbliżoną do temperatury pokojowej (często określanej jako do 100 °C) i są określane jako ciecze jonowe . Jony w cieczach jonowych często mają nierównomierny rozkład ładunku lub podstawniki o dużej objętości, takie jak łańcuchy węglowodorowe, które również odgrywają rolę w określaniu siły oddziaływań i skłonności do topnienia.

Nawet gdy lokalna struktura i wiązanie jonowego ciała stałego jest zaburzone dostatecznie, aby je stopić, nadal występują silne elektrostatyczne siły przyciągania dalekiego zasięgu, utrzymujące razem ciecz i zapobiegające wrzeniu jonów z utworzeniem fazy gazowej. Oznacza to, że nawet ciecze jonowe o temperaturze pokojowej mają niskie ciśnienie pary i wymagają znacznie wyższych temperatur do wrzenia. Temperatury wrzenia wykazują podobne tendencje do temperatur topnienia pod względem wielkości jonów i siły innych oddziaływań. Po odparowaniu jony nadal nie są od siebie uwalniane. Na przykład w fazie gazowej chlorek sodu występuje jako dwuatomowe „cząsteczki”.

Kruchość

Większość związków jonowych jest bardzo krucha . Gdy osiągną granicę swojej wytrzymałości, nie mogą się plastycznie odkształcać , ponieważ musi być zachowane ścisłe ustawienie jonów dodatnich i ujemnych. Zamiast tego materiał ulega pękaniu poprzez rozszczepienie . Wraz ze wzrostem temperatury (zwykle blisko temperatury topnienia) następuje przejście ciągliwe-kruche i płynięcie plastyczne staje się możliwe dzięki ruchowi dyslokacji .

Ściśliwość

Ściśliwość jonowego związku silnie zależy od jego struktury, a w szczególności liczbę koordynacyjną . Na przykład halogenki o strukturze chlorku cezu (liczba koordynacyjna 8) są mniej ściśliwe niż te o strukturze chlorku sodu (liczba koordynacyjna 6) i mniej niż te o liczbie koordynacyjnej 4.

Rozpuszczalność

Kiedy związki jonowe rozpuszczają się , poszczególne jony dysocjują i są solwatowane przez rozpuszczalnik i rozpraszane w powstałym roztworze. Ponieważ jony są uwalniane do roztworu po rozpuszczeniu i mogą przewodzić ładunek, rozpuszczalne związki jonowe są najczęstszą klasą silnych elektrolitów , a ich roztwory mają wysoką przewodność elektryczną .

Rozpuszczalność w wodzie różnych związków jonowych w funkcji temperatury. Uwzględniono niektóre związki wykazujące niezwykłe zachowanie rozpuszczalności.

Rozpuszczalność jest najwyższa w rozpuszczalnikach polarnych (takich jak woda ) albo cieczy jonowych , lecz jest raczej niska w rozpuszczalnikach niepolarnych (takich jak benzyna / benzyna ). Dzieje się tak głównie dlatego, że powstałe oddziaływania jon-dipol są znacznie silniejsze niż oddziaływania dipolowe indukowane jonami, więc ciepło roztworu jest wyższe. Kiedy przeciwnie naładowane jony w stałej sieci jonowej są otoczone przez przeciwny biegun cząsteczki polarnej, jony stałe są wyciągane z sieci i do cieczy. Jeśli energia solwatacji przekracza energię sieci , ujemna zmiana entalpii netto roztworu zapewnia termodynamiczny napęd do usunięcia jonów z ich pozycji w krysztale i rozpuszczenia w cieczy. Ponadto zmiana entropii roztworu jest zwykle dodatnia dla większości stałych substancji rozpuszczonych, takich jak związki jonowe, co oznacza, że ​​ich rozpuszczalność wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Istnieją pewne niezwykłe związki jonowe, takie jak siarczan ceru(III) , w których ta zmiana entropii jest ujemna, ze względu na dodatkowy porządek indukowany w wodzie po rozpuszczeniu, a rozpuszczalność spada wraz z temperaturą.

Przewodnictwo elektryczne

Chociaż związki jonowe zawierają naładowane atomy lub klastry, materiały te zazwyczaj nie przewodzą elektryczności w znaczącym stopniu, gdy substancja jest stała. Aby przewodzić, naładowane cząstki muszą być ruchome, a nie stacjonarne w sieci krystalicznej . Osiąga się to w pewnym stopniu w wysokich temperaturach, gdy stężenie defektów zwiększa ruchliwość jonów i obserwuje się przewodnictwo jonowe w stanie stałym . Gdy związki jonowe są rozpuszczone w cieczy lub stopione w ciecz , mogą przewodzić elektryczność, ponieważ jony stają się całkowicie ruchome. Ten wzrost przewodnictwa po rozpuszczeniu lub stopieniu jest czasami używany jako cecha definiująca związki jonowe.

W niektórych niezwykłych związkach jonowych: szybkich przewodnikach jonowych i szkłach jonowych, jeden lub więcej składników jonowych ma znaczną ruchliwość, umożliwiając przewodność nawet wtedy, gdy materiał jako całość pozostaje stały. Jest to często silnie zależne od temperatury i może być wynikiem zmiany fazy lub wysokiego stężenia defektów. Materiały te są stosowane we wszystkich superkondensatorach półprzewodnikowych , bateriach i ogniwach paliwowych oraz w różnego rodzaju czujnikach chemicznych .

Kolor

Bezwodny chlorek kobaltu(II) ,
CoCl ₂

Sześciowodny chlorek kobaltu(II),
CoCl ₂ ·6H ₂ O

Kolor związku jonowego często różni się od koloru roztworu wodnego zawierającego jony składowych lub uwodnioną postać tego samego związku.

Aniony w związkach z wiązaniami o charakterze najbardziej jonowym są zwykle bezbarwne (z pasmem absorpcji w ultrafioletowej części widma). W związkach o mniej jonowym charakterze ich kolor pogłębia się poprzez żółty, pomarańczowy, czerwony i czarny (w miarę przesuwania się pasma absorpcji na dłuższe fale w widmie widzialnym).

Pasmo absorpcji prostych kationów przesuwa się w kierunku krótszej długości fali, gdy biorą udział w bardziej kowalencyjnych oddziaływaniach. Dzieje się tak podczas hydratacji jonów metali, więc bezbarwne bezwodne związki jonowe z anionem absorbującym podczerwień mogą stać się kolorowe w roztworze.

Zastosowania

Związki jonowe od dawna mają wiele zastosowań i zastosowań. Wiele minerałów ma charakter jonowy. Ludzie przetwarzają sól kuchenną (chlorek sodu) od ponad 8000 lat, używając jej najpierw jako przyprawy i środka konserwującego do żywności, a teraz także w produkcji, rolnictwie , uzdatnianiu wody, do odladzania dróg i wielu innych zastosowaniach. Wiele związków jonowych jest tak szeroko stosowanych w społeczeństwie, że noszą nazwy zwyczajowe niezwiązane z ich tożsamością chemiczną. Przykładami tego są boraks , kalomel , mleko magnezowe , kwas solny , olej witriolowy , saletra i wapno gaszone .

Rozpuszczalne związki jonowe, takie jak sól, można łatwo rozpuszczać w celu uzyskania roztworów elektrolitów . To prosty sposób na kontrolowanie koncentracji i siły jonowej . Stężenie substancji rozpuszczonych wpływa na wiele właściwości koligatywne oraz zwiększenie ciśnienia osmotycznego i powodując kriometria i ebuliometria . Ponieważ substancje rozpuszczone są naładowanymi jonami, zwiększają również przewodność elektryczną roztworu. Zwiększona siła jonowa zmniejsza grubość podwójnej warstwy elektrycznej wokół cząstek koloidalnych , a tym samym stabilność emulsji i zawiesin .

Tożsamość chemiczna dodanych jonów jest również ważna w wielu zastosowaniach. Na przykład związki zawierające fluorki są rozpuszczane w celu dostarczenia jonów fluorkowych do fluoryzacji wody .

Stałe związki jonowe są od dawna stosowane jako pigmenty farb i są odporne na rozpuszczalniki organiczne, ale są wrażliwe na kwasowość lub zasadowość. Od 1801 roku pirotechnicy opisują i powszechnie stosują związki jonowe zawierające metale jako źródła koloru w fajerwerkach. Pod wpływem intensywnego ciepła elektrony w jonach metali lub małych cząsteczkach mogą zostać wzbudzone. Elektrony te później wracają do niższych stanów energetycznych i uwalniają światło o spektrum barw charakterystycznym dla obecnych gatunków.

W chemii związki jonowe są często stosowane jako prekursory do wysokotemperaturowej syntezy w stanie stałym.

Pod względem geologicznym wiele metali występuje w rudach jako związki jonowe . Aby uzyskać materiały pierwiastkowe , rudy te są przetwarzane przez wytapianie lub elektrolizę , w których zachodzą reakcje redoks (często z czynnikiem redukującym, takim jak węgiel), tak że jony metali zyskują elektrony, aby stać się obojętnymi atomami.

Nomenklatura

Zgodnie z nomenklaturą zalecaną przez IUPAC związki jonowe są nazywane według ich składu, a nie struktury. W najprostszym przypadku binarnego związku jonowego bez możliwości dwuznaczności co do ładunku, a tym samym stechiometrii , nazwa zwyczajowa jest zapisywana za pomocą dwóch słów. Najpierw pojawia się nazwa kationu (niemodyfikowana nazwa pierwiastka dla kationów jednoatomowych), a następnie nazwa anionu. Na przykład, MgCI ₂ nazywa się chlorek magnezu , i Na ₂ SO ₄ nazywa się siarczan sodu ( SO^2-
₄, siarczan , jest przykładem jonu wieloatomowego ). Aby uzyskać wzór empiryczny z tych nazw, stechiometrię można wyprowadzić z ładunków jonów i wymogu całkowitej neutralności ładunku.

Jeśli istnieje wiele różnych kationów i/lub anionów, często wymagane są przedrostki multiplikatywne ( di- , tri- , tetra- , ...) w celu wskazania względnego składu, a kationy to aniony są wymienione w kolejności alfabetycznej. Na przykład KMgCl ₃ jest nazywany trichlorkiem magnezowo-potasowym, aby odróżnić go od K ₂ MgCl ₄ , tetrachlorku dipotasowo-magnezowego (zauważ, że zarówno we wzorze empirycznym, jak i w nazwie pisemnej, kationy występują w kolejności alfabetycznej, ale kolejność jest różna, ponieważ symboli na potasu jest K). Gdy jeden z jonów ma już przedrostek multiplikatywny w swojej nazwie, używane są alternatywne przedrostki multiplikatywne ( bis- , tris- , tetrakis- , ...). Na przykład, Ba (BRF ₄ ) ₂ nazwie baru bis (tetrafluoridobromate) .

Związki zawierające jeden lub więcej pierwiastków, które mogą występować w różnych stanach ładunku/ utlenienia, będą miały stechiometrię zależną od obecnych stanów utlenienia, aby zapewnić całkowitą neutralność. Można to wskazać w nazwie, określając albo stopień utlenienia obecnych pierwiastków, albo ładunek jonów. Ze względu na ryzyko niejednoznaczności w przydzielaniu stanów utlenienia, IUPAC preferuje bezpośrednie wskazanie liczby ładunków jonowych. Są one zapisywane jako arabska liczba całkowita, po której następuje znak (... , 2−, 1-, 1+, 2+, ...) w nawiasach, bezpośrednio po nazwie kationu (bez odstępu). Na przykład FeSO ₄ nazywa się siarczanem żelaza(2+) (z ładunkiem 2+ na jonach Fe ²⁺ równoważącym ładunek 2− na jonie siarczanowym), podczas gdy Fe ₂ (SO ₄ ) ₃ nazywa się żelazem(3+ ) siarczan (ponieważ dwa jony żelaza w każdej jednostce formuły mają ładunek 3+, aby zrównoważyć 2− na każdym z trzech jonów siarczanowych). Zdjęcie nomenklatura , nadal w powszechnym użyciu, pisze numer utleniania w cyframi rzymskimi (..., -II, -I, 0, I, II, ...). Tak więc przykłady podane powyżej zostałyby nazwane odpowiednio siarczanem żelaza(II) i siarczanem żelaza(III) . Dla jonów prostych ładunek jonowy i stopień utlenienia są identyczne, ale dla jonów wieloatomowych często się różnią. Na przykład jon uranylu(2+) , UO²⁺
₂, ma uran na stopniu utlenienia +6, więc w nomenklaturze giełdowej byłby nazywany jonem dioksouranu(VI). Jeszcze starszy system nazewnictwa dla kationów metali, również nadal szeroko stosowane, dołączany przyrostki -ous i -ic do łacińskiego korzenia nazwy, aby nadać specjalne nazwy stanów niskich i wysokich utleniania. Na przykład, w tym schemacie zastosowano „żelazo” i „żelazo” odpowiednio dla żelaza(II) i żelaza(III), więc przykłady podane powyżej zostały klasycznie nazwane siarczanem żelazawym i siarczanem żelazowym .

Zobacz też

• Wiązanie w ciałach stałych
• Ioliomika
• Wiązanie jonowe
• Reakcja metatezy soli

Uwagi

Bibliografia

Bibliografia