LIÊN KẾT ION: ĐẶC ĐIỂM, CÁCH NÓ ĐƯỢC HÌNH THÀNH VÀ VÍ DỤ - HÓA HỌC

Liên kết ion là một loại liên kết hóa học trong đó có lực hút tĩnh điện giữa các ion mang điện trái dấu. Tức là, một ion tích điện dương tạo liên kết với một ion mang điện tích âm, chuyển các electron từ nguyên tử này sang nguyên tử khác.

Loại liên kết hóa học này xảy ra khi các electron hóa trị từ nguyên tử này được chuyển vĩnh viễn sang nguyên tử khác. Nguyên tử mất điện tử sẽ trở thành cation (tích điện dương), và nguyên tử nhận điện tử trở thành anion (tích điện âm).

Ví dụ về liên kết ion: natri florua. Natri mất một điện tử hóa trị và nhường nó cho flo. Wdcf

Khái niệm liên kết ion

Liên kết ion là một liên kết mà các hạt mang điện, được gọi là ion, tương tác để tạo ra chất rắn và chất lỏng ion. Liên kết này là sản phẩm của tương tác tĩnh điện giữa hàng trăm triệu ion, và không chỉ giới hạn ở một vài trong số chúng; nghĩa là, nó vượt ra ngoài lực hút giữa điện tích dương đối với điện tích âm.

Ví dụ, hãy xem xét hợp chất ion natri clorua, NaCl, hay được gọi là muối ăn. Trong NaCl, liên kết ion chiếm ưu thế, do đó nó bao gồm các ion Na ⁺ và Cl ^- . Na ⁺ là ion dương hoặc cation, trong khi Cl ^- (clorua) là ion âm hoặc anion.

Các ion Na + và Cl- trong natri clorua được giữ với nhau bằng liên kết ion. Nguồn: Eyal Bairey qua Wikipedia.

Cả Na ⁺ và Cl ^- đều bị hút về điện tích trái dấu. Khoảng cách giữa các ion này cho phép các ion khác đến gần nhau hơn, do đó xuất hiện các cặp và cặp NaCl. Các cation Na ⁺ sẽ đẩy nhau vì chúng mang điện tích bằng nhau và điều này xảy ra với nhau với các anion Cl ^- .

Có một thời điểm khi hàng triệu ion Na ⁺ và Cl ^- quản lý để thống nhất, đoàn kết, tạo ra một cấu trúc ổn định nhất có thể; một cái bị chi phối bởi liên kết ion (ảnh trên cùng). Các cation Na ⁺ nhỏ hơn các anion Cl ^- vì lực hạt nhân tác dụng của hạt nhân chúng lên các electron bên ngoài tăng dần.

Liên kết ion của NaCl. Rhannosh / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Liên kết ion được đặc trưng bởi việc thiết lập các cấu trúc có trật tự trong đó khoảng cách giữa các ion (Na ⁺ và Cl ^- trong trường hợp là NaCl) nhỏ so với các chất rắn khác. Vì vậy, chúng tôi nói về một cấu trúc tinh thể ion.

Làm thế nào một liên kết ion được hình thành?

Liên kết ion chỉ diễn ra nếu xảy ra sự phân bố electron để các điện tích của các ion phát sinh. Loại liên kết này không bao giờ có thể xảy ra giữa các hạt trung tính. Nhất thiết phải có cation và anion. Nhưng chúng đến từ đâu?

Hình minh họa liên kết ion. a) Natri có điện tích âm thuần. b) Natri nhường một electron cho clo. Natri vẫn mang điện tích dương và clo mang điện tích âm thuần, tạo ra liên kết ion. Loại liên kết này giữa hàng triệu nguyên tử Na và Cl tạo ra muối vật lý. OpenStax College / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

Có nhiều con đường tạo ra ion, nhưng về cơ bản nhiều con đường dựa trên phản ứng oxy hóa-khử. Hầu hết các hợp chất ion vô cơ bao gồm một nguyên tố kim loại liên kết với một nguyên tố phi kim loại (những nguyên tố ở khối p của bảng tuần hoàn).

Kim loại phải bị oxi hóa, mất electron, để trở thành cation. Mặt khác, nguyên tố phi kim bị khử, nhận các electron này và trở thành anion. Hình ảnh sau đây minh họa điểm này cho sự hình thành NaCl từ các nguyên tử natri và clo:

Hình thành một liên kết ion. Nguồn: Shafei tại Wikipedia tiếng Ả Rập / Miền công cộng

Nguyên tử Na nhường một trong các electron hóa trị của nó cho Cl. Khi sự phân bố electron này xảy ra, các ion Na ⁺ và Cl ^- được hình thành , chúng bắt đầu hút nhau ngay lập tức và nhiễm điện.

Do đó, người ta nói rằng Na ⁺ và Cl ^- không chia sẻ bất kỳ cặp electron nào, không giống như những gì có thể mong đợi đối với một liên kết cộng hóa trị Na-Cl giả định.

Tính chất liên kết ion

Liên kết ion là không định hướng, nghĩa là, lực của nó không tồn tại theo một hướng duy nhất, mà lan truyền trong không gian như một hàm của khoảng cách phân tách các ion. Thực tế này rất quan trọng, vì nó có nghĩa là các ion liên kết mạnh, điều này giải thích một số tính chất vật lý của chất rắn ion.

Độ nóng chảy

Liên kết ion là nguyên nhân làm cho muối nóng chảy ở nhiệt độ 801 ºC. Nhiệt độ này cao đáng kể so với điểm nóng chảy của các kim loại khác nhau.

Điều này là do NaCl phải hấp thụ đủ nhiệt để các ion của nó bắt đầu chảy tự do ra khỏi tinh thể của nó; nghĩa là phải vượt qua lực hút giữa Na ⁺ và Cl ^- .

Điểm sôi

Điểm nóng chảy và điểm sôi của các hợp chất ion đặc biệt cao do tương tác tĩnh điện mạnh: liên kết ion của chúng. Tuy nhiên, vì liên kết này liên quan đến nhiều ion, hành vi này thường được cho là do lực giữa các phân tử, và không đúng với liên kết ion.

Trong trường hợp muối, khi NaCl nóng chảy, thu được chất lỏng gồm các ion ban đầu giống nhau; chỉ bây giờ họ di chuyển tự do hơn. Liên kết ion vẫn còn. Các ion Na ⁺ và Cl ^- gặp nhau ở bề mặt của chất lỏng tạo ra sức căng bề mặt cao, ngăn cản các ion thoát ra ngoài pha khí.

Vì vậy, muối nóng chảy phải tăng nhiệt độ cao hơn nữa để sôi. Nhiệt độ sôi của NaCl là 1465 ° C. Ở nhiệt độ này, nhiệt vượt quá lực hút giữa Na ⁺ và Cl ^- trong chất lỏng, do đó hơi NaCl bắt đầu hình thành với áp suất bằng khí quyển.

Độ âm điện

Trước đây người ta đã nói rằng liên kết ion được hình thành giữa một nguyên tố kim loại và một nguyên tố phi kim loại. Tóm lại: giữa kim loại và phi kim loại. Điều này thông thường liên quan đến các hợp chất ion vô cơ; đặc biệt là những chất thuộc loại nhị phân, chẳng hạn như NaCl.

Để xảy ra sự phân chia electron (Na ⁺ Cl ^- ) và không xảy ra sự chia sẻ (Na-Cl), phải có sự khác biệt lớn về độ âm điện giữa hai nguyên tử. Nếu không, sẽ không có liên kết ion giữa hai người họ. Có thể Na và Cl đến gần nhau hơn, tương tác với nhau, nhưng ngay lập tức Cl, do độ âm điện lớn hơn, "lấy" một electron từ Na.

Tuy nhiên, kịch bản này chỉ áp dụng cho các hợp chất nhị phân, MX, chẳng hạn như NaCl. Đối với các muối hoặc hợp chất ion khác, quá trình hình thành của chúng phức tạp hơn và không thể tiếp cận từ góc độ nguyên tử hoặc phân tử thuần túy.

Các loại

Không có các loại liên kết ion khác nhau, vì hiện tượng tĩnh điện hoàn toàn là vật lý, chỉ khác nhau về cách thức tương tác của các ion, hoặc số lượng nguyên tử mà chúng sở hữu; nghĩa là, nếu chúng là các ion đơn nguyên hoặc đa nguyên tử. Tương tự như vậy, mỗi nguyên tố hoặc hợp chất bắt nguồn một ion đặc trưng xác định bản chất của hợp chất.

Trong phần ví dụ, chúng ta sẽ đi sâu vào điểm này, và sẽ thấy rằng liên kết ion về bản chất là giống nhau trong tất cả các hợp chất. Khi điều này không được đáp ứng, người ta nói rằng liên kết ion có một đặc tính cộng hóa trị nhất định, đó là trường hợp của nhiều muối kim loại chuyển tiếp, trong đó các anion phối hợp với các cation; ví dụ, FeCl ₃ (Fe ³⁺ -Cl ^- ).

Ví dụ về liên kết ion

Một số hợp chất ion sẽ được liệt kê dưới đây, các ion và tỷ lệ của chúng sẽ được đánh dấu:

- Magie clorua

MgCl ₂ , (Mg ²⁺ Cl ^- ), theo tỷ lệ 1: 2 (Mg ²⁺ : 2 Cl ^- )

- Kali florua

KF, (K ⁺ F ^- ), theo tỷ lệ 1: 1 (K ⁺ : F ^- )

- Natri sulfua

Na ₂ S, (Na ⁺ S ^2- ), theo tỷ lệ 2: 1 (2Na ⁺ : S ^2- )

- Litho hydroxit

LiOH, (Li ⁺ OH ^- ), theo tỷ lệ 1: 1 (Li ⁺ : OH ^- )

- Canxi florua

CaF ₂ , (Ca ²⁺ F ^- ), theo tỷ lệ 1: 2 (Ca ²⁺ : 2F ^- )

- Sô đa

Na ₂ CO ₃ , (Na ⁺ CO ₃^2- ), theo tỷ lệ 2: 1 (2Na ⁺ : CO ₃^2- )

- Canxi cacbonat

CaCO ₃ , (Ca ²⁺ CO ₃^2- ), theo tỷ lệ 1: 1 (Ca ²⁺ : CO ₃^2- )

- Kali pemanganat

KMnO ₄ , (K ⁺ MnO ₄^- ), theo tỷ lệ 1: 1 (K ⁺ : MnO ₄^- )

- Sunphat đồng

CuSO ₄ , (Cu ²⁺ SO ₄^2- ), theo tỷ lệ 1: 1 (Cu ²⁺ : SO ₄^2- )

- Bari hydroxit

Ba (OH) ₂ , (Ba ²⁺ OH ^- ), theo tỷ lệ 1: 2 (Ba ²⁺ : OH ^- )

- Nhôm bromua

AlBr ₃ , (Al ³⁺ Br ^- ), theo tỷ lệ 1: 3 (Al ³⁺ : 3Br ^- )

- Sắt (III) oxit

Fe ₂ O ₃ , (Fe ³⁺ O ^2- ), theo tỷ lệ 2: 3 (2Fe ³⁺ : 3O ^2- )

- Ôxít stronti

SrO, (Sr ²⁺ O ^2- ), theo tỷ lệ 1: 1 (Sr ²⁺ : O ^2- )

- Bạc clorua

AgCl, (Ag ⁺ Cl ^- ), theo tỷ lệ 1: 1 (Ag ⁺ : Cl ^- )

- Khác

-CH ₃ COONa, (CH ₃ COO ^- Na ⁺ ), theo tỷ lệ 1: 1 (CH ₃ COO ^- : Na ⁺ )

- NH ₄ I, (NH ₄⁺ I ^- ), theo tỷ lệ 1: 1 (NH ₄⁺ : I ^- )

Mỗi hợp chất này có một liên kết ion trong đó hàng triệu ion, tương ứng với công thức hóa học của chúng, bị hút tĩnh điện và tạo thành chất rắn. Độ lớn của các điện tích ion của nó càng lớn thì lực hút và lực đẩy tĩnh điện càng mạnh.

Do đó, một liên kết ion có xu hướng càng mạnh thì điện tích trên các ion tạo nên hợp chất càng lớn.

Bài tập đã giải

Dưới đây là một số bài tập vận dụng các kiến thức cơ bản về liên kết ion.

- Bài tập 1

Hợp chất nào sau đây là hợp chất ion? Các lựa chọn là: HF, H ₂ O, NaH, H ₂ S, NH ₃ và MgO.

Theo định nghĩa, một hợp chất ion phải có một liên kết ion. Chênh lệch độ âm điện giữa các nguyên tố cấu thành của nó càng lớn thì tính chất ion của liên kết nói trên càng lớn.

Do đó, các phương án không có nguyên tố kim loại được loại trừ về nguyên tắc: HF, H ₂ O, H ₂ S và NH ₃ . Tất cả các hợp chất này chỉ được tạo thành từ các nguyên tố phi kim loại. Cation NH ₄⁺ là một ngoại lệ đối với quy tắc này, vì nó không có bất kỳ kim loại nào.

Các phương án còn lại là NaH và MgO trong đó có các kim loại Na và Mg lần lượt là nguyên tố phi kim. NaH (Na ⁺ H ^- ) và MgO (Mg ²⁺ O ^2- ) là các hợp chất ion.

- Bài tập 2

Xét hợp chất theo giả thuyết sau: Ag (NH ₄ ) ₂ CO ₃ I. Nó là những ion nào và chúng được tìm thấy trong chất rắn theo tỉ lệ nào?

Phân hủy hợp chất thành các ion của nó ta có: Ag ⁺ , NH ₄⁺ , CO ₃^2- và I ^- . Chúng được tham gia tĩnh điện theo tỷ lệ 1: 2: 1: 1 (Ag ⁺ : 2NH ₄⁺ : CO ₃^2- : I ^- ). Điều này có nghĩa là lượng cation NH ₄⁺ gấp đôi lượng ion Ag ⁺ , CO ₃^2- và I ^- .

- Bài tập 3

KBr được cấu tạo bởi các ion K ⁺ và Br ^- , có độ lớn điện tích. Sau đó, CaS sở hữu các ^ion Ca ²⁺ và S ^2- , với điện tích có độ lớn gấp đôi, vì vậy có thể nghĩ rằng liên kết ion trong CaS mạnh hơn trong KBr; và cũng mạnh hơn Na ₂ SO ₄ , vì sau này bao gồm các ion Na ⁺ và SO ₄^2- .

Cả CaS và CuO đều có thể có liên kết ion mạnh như nhau, vì chúng đều chứa các ion có điện tích gấp đôi. Tiếp theo, chúng ta có AlPO ₄ , với các ion Al ³⁺ và PO ₄^3- . Các ion này có điện tích gấp ba lần, vì vậy liên kết ion trong AlPO ₄ sẽ mạnh hơn so với tất cả các phương án trước đó.

Và cuối cùng, chúng ta có Pb ₃ P ₄ chiến thắng , bởi vì nếu chúng ta giả sử rằng nó được tạo thành từ các ion, chúng trở thành Pb ⁴⁺ và P ^3- . Điện tích của chúng có độ lớn cao nhất; và do đó, Pb ₃ P ₄ là hợp chất có lẽ có liên kết ion mạnh nhất.

Người giới thiệu

Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Hóa học (Xuất bản lần thứ 8). CENGAGE Học tập.
Rùng mình & Atkins. (2008). Hóa học vô cơ . (Tái bản lần thứ tư). Đồi Mc Graw.
Wikipedia. (Năm 2020). Liên kết ion. Khôi phục từ: en.wikipedia.org
Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (Ngày 11 tháng 2 năm 2020). Trái phiếu ion và trái phiếu cộng hóa trị - Hiểu được sự khác biệt. Phục hồi từ: thinkco.com
Các biên tập viên của Encyclopaedia Britannica. (Ngày 31 tháng 1 năm 2020). Sự gắn kết. Encyclopædia Britannica. Phục hồi từ: britannica.com
Từ điển Chemicool. (2017). Định nghĩa về Liên kết ion. Phục hồi từ: chemicool.com

LIÊN KẾT ION: ĐẶC ĐIỂM, CÁCH NÓ ĐƯỢC HÌNH THÀNH VÀ VÍ DỤ - HÓA HỌC - 2025