Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

4.4: Використання символів Льюїса для іонних сполук

  • Page ID
    20520
  • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Цілі навчання
    • Викладіть правило октета.
    • Визначте катіони та аніони.
    • Визначте в ній іонний зв'язок.
    • Намалюйте структури Льюїса для іонних сполук.

    Правило октету: Привід на вісім

    Правило октету посилається на тенденцію атомів віддавати перевагу мати вісім електронів у валентній оболонці. Коли атоми мають менше восьми електронів, вони, як правило, реагують і утворюють більш стійкі сполуки. При обговоренні правила октету ми не розглядаємо d або f електронів. У правилі октета беруть участь тільки електрони s і p, що робить його корисним для елементів основної групи (елементів не в перехідному металі або блоках внутрішнього перехідного металу); октет в цих атомах відповідає електронним конфігураціям, що закінчуються на\(s^2p^6\).

    Примітка

    Благородні гази рідко утворюють сполуки. Вони мають найбільш стабільну конфігурацію (повний октет, без заряду), тому у них немає підстав реагувати і змінювати свою конфігурацію. Всі інші елементи намагаються отримати, втратити або поділитися електронами для досягнення благородної конфігурації газу.

    Більшість атомів не мають восьми електронів у своїй валентній електронній оболонці. Деякі атоми мають лише кілька електронів у зовнішній оболонці, тоді як деяким атомам не вистачає лише одного або двох електронів, щоб мати октет. У випадках, коли атом має три або менше валентних електронів, атом може втратити ці валентні електрони досить легко, поки що залишається нижчою оболонкою, яка містить октет. Атоми, які втрачають електрони, набувають позитивного заряду в результаті, оскільки їм залишається менше негативно заряджених електронів, щоб збалансувати позитивні заряди протонів в ядрі. Позитивно заряджені іони називаються катіонами. Більшість металів стають катіонами, коли вони роблять іонні сполуки.

    Катіони

    Нейтральний атом натрію, ймовірно, досягне октету у своїй зовнішній оболонці, втративши свій один валентний електрон.

    \[\ce{Na \rightarrow Na^{+} + e^{-}} \nonumber \]

    Катіон, вироблений таким чином, Na +, називається іоном натрію, щоб відрізнити його від елемента. Сама зовнішня оболонка іона натрію - друга електронна оболонка, яка має в ній вісім електронів. Правило октету було задоволено. F

    Аніони

    Деякі атоми мають майже вісім електронів у валентній оболонці і можуть отримувати додаткові валентні електрони, поки вони не матимуть октет. Коли ці атоми отримують електрони, вони набувають негативний заряд, оскільки тепер мають більше електронів, ніж протонів. Негативно заряджені іони називаються аніонами. Більшість неметалів стають аніонами, коли вони утворюють іонні сполуки.

    Нейтральний атом хлору має сім електронів у своїй зовнішній оболонці. Для досягнення октету в валентній оболонці хлору потрібен лише один електрон. (У кухонній солі цей електрон надходить від атома натрію.)

    \[\ce{e^{-} +Cl -> Cl^{-}} \nonumber \]

    У цьому випадку іон має ту саму зовнішню оболонку, що і вихідний атом, але тепер ця оболонка має вісім електронів в ній. Знову ж таки, правило октету було задоволено. Отриманий аніон, Cl , називається хлоридним іоном; зверніть увагу на незначну зміну суфікса (- ide замість - ine), щоб створити назву цього аніону.

    Назви позитивних і негативних іонів вимовляються Cat-eye-ons і Ann-eye-ons відповідно.

    Відзначимо корисність таблиці Менделєєва при прогнозуванні ймовірного утворення іонів і заряду (рис.\(\PageIndex{1}\)). Рухаючись з крайнього лівого боку направо по таблиці Менделєєва, елементи основної групи прагнуть утворювати катіони із зарядом, рівним числу групи. Тобто елементи групи 1 утворюють 1+ іони; елементи групи 2 утворюють 2+ іони і так далі. Рухаючись з крайнього правого краю наліво по таблиці Менделєєва, елементи часто утворюють аніони з негативним зарядом, рівним числу переміщених вліво груп від благородних газів. Наприклад, елементи групи 17 (одна група зліва від благородних газів) утворюють 1− іони; елементи групи 16 (дві групи ліворуч) утворюють 2− іони тощо. Ця тенденція може бути використана як орієнтир у багатьох випадках, але її прогнозне значення зменшується при русі до центру періодичної таблиці. Насправді перехідні метали та деякі інші метали часто виявляють змінні заряди, які не передбачувані їх розташуванням в таблиці. Наприклад, мідь може утворювати іони з зарядом 1+ або 2+, а залізо може утворювати іони з зарядом 2+ або 3+.

    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Деякі елементи проявляють регулярний малюнок іонного заряду, коли вони утворюють іони.
    Група перша з періодичної таблиці містить L i верхній індекс плюс знак у періоді 2, N - верхній індекс плюс у крапці 3, K верхній індекс плюс знак у періоді 4, R b верхній індекс плюс знак у періоді 5, C s верхній індекс плюс знак у періоді 6 та F r надіндексний плюс знак у періоді 7. Друга група містить B e верхній індекс 2 плюс знак у періоді 2, M g верхній індекс 2 плюс знак у періоді 3, C верхній індекс 2 плюс знак у періоді 4, S r верхній індекс 2 плюс знак у періоді 5, B верхній індекс 2 плюс знак у періоді 6 та R верхній індекс 2 плюс знак у періоді 7. Група шоста містить C r верхній індекс 3 плюс знак і C r верхній індекс 6 плюс знак у періоді 4. Група сім містить M n верхній індекс 2 плюс знак у періоді 4. Восьма група містить F e верхній індекс 2 плюс знак і F e верхній індекс 3 плюс знак у періоді 4. Дев'ята група містить C o верхній індекс 2 плюс знак у періоді 4. Група десять містить N i верхній індекс 2 плюс знак у крапці 4, і P t верхній індекс 2 плюс знак у крапці 6. Група 11 містить верхній індекс C U плюс знак і C U верхній індекс 2 плюс знак у періоді 4, A g верхній індекс плюс знак у періоді 5 та A u верхній індекс плюс знак і A u верхній індекс 3 плюс знак у період 6. Група 12 містить Z n верхній індекс 2 плюс знак у крапці 4, C d верхній індекс 2 плюс знак у крапці 5, а H g підстроковий 2 верхній індекс 2 плюс і H g верхній індекс 2 плюс знак у періоді 6. Група 13 містить A l верхній індекс 3 плюс знак у крапці 3. 14 група містить C надіндексу 4 негативного знака у періоді 2. Група 15 містить N надіндексів 3 негативних знаків у періоді 2, P надрядковий 3 негативний знак у крапці 3 та негативний знак A s 3 у періоді 4. Група 16 містить O надіндексний 2 негативний знак у періоді 2, S надіндексний 2 негативний знак у періоді 3, S e верхній індекс 2 негативний знак у періоді 4 та T e надіндексний 2 негативний знак у крапці 5. Група 17 містить надіндексний негативний знак F у періоді 2, C l надіндексний негативний знак у періоді 3, B r надіндексний негативний знак у періоді 4, I надіндексний негативний знак у періоді 5 та A t надіндексний негативний знак у періоді 6. Група 18 містить Н е в періоді 1, N е в періоді 2, A r в періоді 3, K r в періоді 4, X е в періоді 5 і R n в періоді 6.

    Символи Льюїса для іонних сполук

    У наведеному вище розділі ми бачили, як іони утворюються, втрачаючи електрони для створення катіонів або отримуючи електрони для утворення аніонів. Проникливий читач, можливо, щось помітив: багато іонів, що утворюються, мають вісім електронів у своїй валентній оболонці. Або атоми отримують достатньо електронів, щоб мати вісім електронів у валентній оболонці і стати відповідним чином зарядженим аніоном, або вони втрачають електрони у своїй початковій валентній оболонці; нижня оболонка, тепер валентна оболонка, має вісім електронів у ній, тому атом стає позитивно зарядженим. З якоїсь причини наявність восьми електронів в валентній оболонці є особливо енергетично стійким розташуванням електронів. Коли атоми утворюють сполуки, правило октету не завжди задовольняється для всіх атомів у будь-який час, але це дуже гарне правило для розуміння видів зв'язків, які можуть зробити атоми.

    Порушити правило октета не можна. Розглянемо літій: в своїй елементарній формі він має один валентний електрон і стабільний. Однак він досить реактивний і не вимагає багато енергії, щоб видалити цей електрон, щоб зробити іон Li +. Ми могли б видалити інший електрон, додавши ще більше енергії до іона, щоб зробити іон Li 2 +. Однак для цього потрібно набагато більше енергії, ніж зазвичай є в хімічних реакціях, тому натрій зупиняється при заряді 1+ після втрати одного електрона. Виходить, що іон Li + має повний октет в своїй новій валентної оболонці, оболонку n = 2, яка задовольняє правилу октета. Правило октету є результатом тенденцій енергій і корисно для пояснення того, чому атоми утворюють іони, які вони роблять.

    Тепер розглянемо атом Li в присутності атома Cl. Два атоми мають ці електронні точкові діаграми Льюїса та електронні конфігурації:

    \[\mathbf{Li\, \cdot }\; \; \; \; \; \; \; \; \; \; \mathbf{\cdot }\mathbf{\ddot{\underset{.\: .}Cl}}\mathbf{\: :} \nonumber \]

    \[\left [ Ne \right ]3s^{1}\; \; \; \; \left [ Ne \right ]3s^{2}3p^{5} \nonumber \]

    Щоб атом Li отримав октет, він повинен втратити електрон; щоб атом Cl отримав октет, він повинен отримати електрон. Електрон переноситься від атома Na до атома Cl:

    \[\mathbf{Li\, \cdot }\curvearrowright \mathbf{\cdot }\mathbf{\ddot{\underset{.\: .}Cl}}\mathbf{\: :} \nonumber \]

    в результаті чого два іони - іон Na + та іон Cl :

    \[\mathbf{Li\, \cdot }^{+}\; \; \; \; \; \; \; \; \mathbf{:}\mathbf{\ddot{\underset{.\: .}Cl}}\mathbf{\: :}^{-} \nonumber \]

    \[\left [ Ne \right ]\; \; \; \; \; \left [ Ne \right ]3s^{2}3p^{6} \nonumber \]

    Обидва види тепер мають повні октети, а електронні оболонки енергетично стабільні. З базової фізики ми знаємо, що протилежні заряди притягують. Ось що відбувається з іонами Na + та Cl :

    \[\mathbf{Li\, \cdot }^{+}\; + \; \mathbf{:}\mathbf{\ddot{\underset{.\: .}Cl}}\mathbf{\: :}^{-}\rightarrow Na^{+}Cl^{-}\; \; or\; \; NaCl \nonumber \]

    де ми написали остаточну формулу (формулу хлориду натрію) відповідно до конвенції для іонних сполук, не перераховуючи звинувачення явно. Тяжіння між протилежно зарядженими іонами називається іонної зв'язком, і вона є одним з основних видів хімічних зв'язків в хімії. Іонні зв'язки викликані електронами, що переходять від одного атома до іншого.

    При перенесенні електронів кількість втрачених електронів має дорівнювати кількості отриманих електронів. Ми бачили це в утворенні NaCl. Подібний процес відбувається між атомами Mg і O атомами, за винятком цього випадку переносяться два електрони:

    Діаграма двох електронів, що передаються з магнію в кисень

    Кожен з двох іонів має октети як валентну оболонку, а дві протилежно заряджені частинки притягуються, утворюючи іонний зв'язок:

    \[\mathbf{Mg\,}^{2+}\; + \; \left[\mathbf{:}\mathbf{\ddot{\underset{.\: .}O}}\mathbf{\: :}\right]^{2-}\; \; \; \; \; Mg^{2+}O^{2-}\; or\; MgO \nonumber \]

    Пам'ятайте, в підсумковій формулі для іонного з'єднання ми не записуємо заряди на іони.

    А як щодо того, коли атом Na взаємодіє з атомом O? Атому O потрібні два електрони, щоб завершити свій валентний октет, але атом Na постачає лише один електрон:

    \[\mathbf{Na\, \cdot }\curvearrowright \mathbf{\cdot }\mathbf{\ddot{\underset{.}O}}\mathbf{\: :} \nonumber \]

    Атом O все ще не має октету електронів. Нам потрібен другий атом Na, щоб подарувати другий електрон атому O:

    електрон переноситься від двох атомів натрію до атома кисню, в результаті чого утворюються два позитивних іони натрію і кисню з зарядом - 2

    Ці три іони притягують один одного, щоб дати загальну нейтрально заряджену іонну сполуку, яку ми пишемо як Na 2 O. Необхідність кількості втрачених електронів дорівнювала кількості отриманих електронів пояснює, чому іонні сполуки мають відношення катіонів до аніонів, що вони роблять. Цього вимагає закон збереження речовини, а також.

    Приклад\(\PageIndex{1}\): Synthesis of calcium chloride from Elements

    Стрілками проілюструйте перенесення електронів з утворенням хлориду кальцію з\(Ca\) атомів і\(Cl\) атомів.

    Рішення

    \(Ca\)Атом має два валентні електрони, а\(Cl\) атом - сім електронів. \(Cl\)Атому потрібен лише один, щоб завершити свій октет, тоді як\(Ca\) атоми мають два електрони, щоб втратити. Таким чином, нам потрібні два атоми Cl, щоб прийняти два електрони від одного\(Ca\) атома. Процес перенесення виглядає наступним чином:

    Електрони, що передаються від кальцію до хлору

    Протилежно заряджені іони притягують один одного, щоб зробити CaCl 2.

    Приклад \(\PageIndex{2}\): Ionic Formula

    Знайдіть формулу іонного з'єднання, утвореного з O і Al.

    Рішення: Спочатку ми записуємо діаграми Льюїса для кожного задіяного атома:

    Точкові схеми Льюїса для алюмінію та кисню

    Тепер ми бачимо, що кожному атому O потрібно 2 електрони, щоб скласти октет, тоді як кожен атом Al має 3 електрони для пожертвування. Для того, щоб така ж кількість електронів було пожертвувано, як прийнято, нам потрібні 2 атоми Al (2 × 3 e пожертвувані) і 3 атома O (3 × 2 e прийняті). Весь процес тоді

    Точкові діаграми Льюїса для реакції між алюмінієм і киснем

    Отриманий оксид складається з іонів алюмінію, Al 3 +, і оксидних іонів, O 2—, в співвідношенні 2:3. Формула - Al 2 O 3.

    Вправа\(\PageIndex{1}\)

    Стрілками проілюструйте перенесення електронів з утворенням сульфіду калію від\(K\) атомів і\(S\) атомів.

    Відповідь:
    Електрони переносяться від 2 атомів натрію, 2 атома сірки, створюючи сульфід калію.

    Резюме

    • Тенденція до утворення видів, що мають вісім електронів в валентній оболонці, називається правилом октета.
    • Притягання протилежно заряджених іонів, викликане перенесенням електронів, називається іонним зв'язком.
    • Міцність іонного зв'язку залежить від величини зарядів і розмірів іонів.

    Дописувачі та атрибуція