Přemýšleli jste někdy, proč je tvorba iontových sloučenin exotermická? Rychlá odpověď je, že výsledkem iontová sloučenina je stabilnější než ionty, které jej tvořily. Extra energie z iontů se uvolní jako teplo, když iontové vazby formulář. Když víc teplo je uvolňován z reakce, než je potřeba, aby se to stalo, reakce je exotermní.
Pochopte energii iontového lepení
Iontové vazby se tvoří mezi dvěma atomy a velký rozdíl v elektronegativitě mezi sebou. Obvykle se jedná o reakci kovů a nekovů. Atomy jsou tak reaktivní, protože nemají úplné valenční elektrony. V tomto typu vazby je elektron z jednoho atomu v podstatě darován druhému atomu, aby zaplnil jeho valenční elektronový obal. Atom, který „ztratí“ svůj elektron ve vazbě, se stává stabilnějším, protože darování elektronu vede buď k naplněné nebo napůl naplněné valenční skořápce. Počáteční nestabilita je pro alkalické kovy a alkalické zeminy tak velká, že k odstranění kationtu vnějšího elektronu (nebo 2 pro alkalické zeminy) je zapotřebí malá energie. Na druhé straně halogeny snadno přijímají elektrony za vzniku aniontů. Zatímco anionty jsou stabilnější než atomy, je to ještě lepší, pokud se oba typy prvků mohou spojit, aby vyřešily svůj energetický problém. To je kde
iontový dojde k propojení.Chcete-li opravdu porozumět tomu, co se děje, zvažte tvorbu chloridu sodného (stolní sůl) ze sodíku a chloru. Pokud berete kovový sodík a plynný chlór, tvoří se soli ve velkolepé exotermické reakci (jako v, nezkoušejte to doma). vyvážená iontová chemická rovnice je:
2 Na (s) + Cl2 (g) → 2 NaCl (s)
NaCl existuje jako krystalová mříž sodných a chlorových iontů, kde další elektron z atomu sodíku vyplňuje "díru" potřebnou k dokončení vnější vrstvy elektronového atomu chloru. Nyní má každý atom kompletní oktet elektronů. Z energetického hlediska se jedná o vysoce stabilní konfiguraci. Při bližším zkoumání reakce se můžete zmást, protože:
Ztráta elektronu z prvku je vždy endotermický (protože k odstranění elektronu z atomu je zapotřebí energie.
Na → Na+ + 1 e- AH = 496 kJ / mol
Zatímco zisk elektronu nemetalem je obvykle exotermický (energie se uvolní, když nonmetal získá plný oktet).
Cl + 1 e- → Cl- AH = -349 kJ / mol
Pokud tedy jednoduše děláte matematiku, můžete vidět, že formování NaCl ze sodíku a chloru vyžaduje přidání 147 kJ / mol, aby se atomy proměnily v reaktivní ionty. Přesto víme, že z pozorování reakce se uvolňuje čistá energie. Co se děje?
Odpověď zní, že další energie, která způsobuje exotermní reakci, je energie mříže. Rozdíl v elektrickém náboji mezi ionty sodíku a chloru způsobuje, že jsou přitahovány jeden k druhému a pohybují se k sobě. Nakonec opačně nabité ionty spolu vytvoří iontovou vazbu. Nejstabilnějším uspořádáním všech iontů je krystalová mříž. Prolomení mřížky NaCl (energie mřížky) vyžaduje 788 kJ / mol:
NaCl (s) → Na+ + Cl- ΔHmříž = +788 kJ / mol
Tvoření mříže obrátí znaménko na entalpii, takže ΔH = -788 kJ na mol. Takže i když tvorba iontů trvá 147 kJ / mol, mnohem více energie je uvolňována formováním mříže. Čistá entalpická změna je -641 kJ / mol. Tvorba iontové vazby je tedy exotermická. Mřížová energie také vysvětluje, proč mají iontové sloučeniny tendenci mít extrémně vysoké teploty tání.
Polyatomické ionty tvoří vazby téměř stejným způsobem. Rozdíl je v tom, že uvažujete spíše o skupině atomů, které tvoří tento kationt a anion, než o každém jednotlivém atomu.