Глава V. Химическая связь. Окислительно-восстановительные реакции. § 34. Ионная химическая связь — с. 152
§ 34. Проверьте свои знания.
1. Что такое ионы?
Как они образуются?
Ионы — это положительно или отрицательно заряженные частицы, в которые превращаются атомы химических элементов в результате отдачи или присоединения электронов.
Атомы металлов отдают электроны с внешнего слоя и превращаются в положительные ионы (катионы): Na⁰ − 1e⁻ → Na⁺, Ca⁰ − 2e⁻ → Ca²⁺. Атомы неметаллов принимают недостающие до восьми электроны и превращаются в отрицательные ионы (анионы): Cl⁰ + 1e⁻ → Cl⁻, O⁰ + 2e⁻ → O²⁻. Заряд иона равен числу отданных или принятых электронов; при этом внешний слой становится завершённым.
Атомы металлов отдают электроны с внешнего слоя и превращаются в положительные ионы (катионы): Na⁰ − 1e⁻ → Na⁺, Ca⁰ − 2e⁻ → Ca²⁺. Атомы неметаллов принимают недостающие до восьми электроны и превращаются в отрицательные ионы (анионы): Cl⁰ + 1e⁻ → Cl⁻, O⁰ + 2e⁻ → O²⁻. Заряд иона равен числу отданных или принятых электронов; при этом внешний слой становится завершённым.
§ 34. Проверьте свои знания.
2. Найдите сходство и различия между: а) атомом кальция и ионом кальция; б) атомом кислорода и ионом кислорода.
а) Атом Ca⁰ и ион Ca²⁺.
Сходство: одинаковое ядро — 20 протонов и 20 нейтронов (A = 40), один и тот же химический элемент.
Различия: атом содержит 20 электронов (слои 2, 8, 8, 2) и электронейтрален, ион содержит 18 электронов (слои 2, 8, 8), имеет заряд 2+, внешний слой завершён. Радиус иона меньше радиуса атома (меньше электронных слоёв). Атом кальция — металл, сильный восстановитель, а ион Ca²⁺ электроны не отдаёт и входит в состав соединений (CaO, CaCl₂).
б) Атом O⁰ и ион O²⁻.
Сходство: ядро одинаково — 8 протонов и 8 нейтронов (A = 16), элемент кислород.
Различия: атом содержит 8 электронов (слои 2, 6) и нейтрален, ион содержит 10 электронов (слои 2, 8), заряд 2−, внешний слой завершён, как у неона. Радиус иона больше, чем у атома (электроны сильнее отталкиваются). Атом кислорода — окислитель, образует молекулы O₂, а ион O²⁻ входит в состав оксидов (CaO, Na₂O).
Сходство: одинаковое ядро — 20 протонов и 20 нейтронов (A = 40), один и тот же химический элемент.
Различия: атом содержит 20 электронов (слои 2, 8, 8, 2) и электронейтрален, ион содержит 18 электронов (слои 2, 8, 8), имеет заряд 2+, внешний слой завершён. Радиус иона меньше радиуса атома (меньше электронных слоёв). Атом кальция — металл, сильный восстановитель, а ион Ca²⁺ электроны не отдаёт и входит в состав соединений (CaO, CaCl₂).
б) Атом O⁰ и ион O²⁻.
Сходство: ядро одинаково — 8 протонов и 8 нейтронов (A = 16), элемент кислород.
Различия: атом содержит 8 электронов (слои 2, 6) и нейтрален, ион содержит 10 электронов (слои 2, 8), заряд 2−, внешний слой завершён, как у неона. Радиус иона больше, чем у атома (электроны сильнее отталкиваются). Атом кислорода — окислитель, образует молекулы O₂, а ион O²⁻ входит в состав оксидов (CaO, Na₂O).
§ 34. Примените свои знания.
3. Составьте схему образования ионной связи между литием и элементами-неметаллами: а) фтором; б) кислородом.
а) Литий (IА-группа, слои 2, 1) отдаёт один электрон, фтор (VIIА-группа, слои 2, 7) принимает один электрон:
Li⁰ − 1e⁻ → Li⁺ (слои 2); F⁰ + 1e⁻ → F⁻ (слои 2, 8).
Схема: Li⁰ + F⁰ → Li⁺ + F⁻ → LiF (фторид лития, ионное соединение, отношение ионов 1 : 1).
б) Кислороду (VIА-группа, слои 2, 6) не хватает двух электронов, поэтому его атом принимает два электрона от двух атомов лития:
Li⁰ − 1e⁻ → Li⁺ (×2); O⁰ + 2e⁻ → O²⁻.
Схема: 2Li⁰ + O⁰ → 2Li⁺ + O²⁻ → Li₂O (оксид лития). Наименьшее общее кратное зарядов равно 2: индекс у лития 2, у кислорода 1.
Li⁰ − 1e⁻ → Li⁺ (слои 2); F⁰ + 1e⁻ → F⁻ (слои 2, 8).
Схема: Li⁰ + F⁰ → Li⁺ + F⁻ → LiF (фторид лития, ионное соединение, отношение ионов 1 : 1).
б) Кислороду (VIА-группа, слои 2, 6) не хватает двух электронов, поэтому его атом принимает два электрона от двух атомов лития:
Li⁰ − 1e⁻ → Li⁺ (×2); O⁰ + 2e⁻ → O²⁻.
Схема: 2Li⁰ + O⁰ → 2Li⁺ + O²⁻ → Li₂O (оксид лития). Наименьшее общее кратное зарядов равно 2: индекс у лития 2, у кислорода 1.
§ 34. Примените свои знания.
4. Составьте схему образования ионной связи между фтором и элементами-металлами: а) калием; б) кальцием.
а) Калий (IА-группа, слои 2, 8, 8, 1) отдаёт один электрон, фтор принимает один:
K⁰ − 1e⁻ → K⁺ (слои 2, 8, 8); F⁰ + 1e⁻ → F⁻ (слои 2, 8).
Схема: K⁰ + F⁰ → K⁺ + F⁻ → KF (фторид калия, отношение ионов 1 : 1).
б) Кальций (IIА-группа, слои 2, 8, 8, 2) отдаёт два электрона, каждый атом фтора принимает по одному, поэтому нужны два атома фтора:
Ca⁰ − 2e⁻ → Ca²⁺; F⁰ + 1e⁻ → F⁻ (×2).
Схема: Ca⁰ + 2F⁰ → Ca²⁺ + 2F⁻ → CaF₂ (фторид кальция, отношение ионов 1 : 2).
K⁰ − 1e⁻ → K⁺ (слои 2, 8, 8); F⁰ + 1e⁻ → F⁻ (слои 2, 8).
Схема: K⁰ + F⁰ → K⁺ + F⁻ → KF (фторид калия, отношение ионов 1 : 1).
б) Кальций (IIА-группа, слои 2, 8, 8, 2) отдаёт два электрона, каждый атом фтора принимает по одному, поэтому нужны два атома фтора:
Ca⁰ − 2e⁻ → Ca²⁺; F⁰ + 1e⁻ → F⁻ (×2).
Схема: Ca⁰ + 2F⁰ → Ca²⁺ + 2F⁻ → CaF₂ (фторид кальция, отношение ионов 1 : 2).
§ 34. Примените свои знания.
5. Найдите отношение числа положительных ионов к числу отрицательных в соединениях: а) хлорид натрия NaCl; б) хлорид кальция CaCl₂; в) фторид алюминия AlF₃.
Отношение определяется индексами в формульной единице вещества: в ней число катионов относится к числу анионов так же, как индексы металла и неметалла.
а) NaCl состоит из ионов Na⁺ и Cl⁻; Na⁺ : Cl⁻ = 1 : 1.
б) CaCl₂ состоит из ионов Ca²⁺ и Cl⁻; Ca²⁺ : Cl⁻ = 1 : 2 (заряд 2+ уравновешивают два иона с зарядом 1−).
в) AlF₃ состоит из ионов Al³⁺ и F⁻; Al³⁺ : F⁻ = 1 : 3.
Во всех случаях суммарный заряд положительных ионов равен суммарному заряду отрицательных, и вещество в целом электронейтрально.
а) NaCl состоит из ионов Na⁺ и Cl⁻; Na⁺ : Cl⁻ = 1 : 1.
б) CaCl₂ состоит из ионов Ca²⁺ и Cl⁻; Ca²⁺ : Cl⁻ = 1 : 2 (заряд 2+ уравновешивают два иона с зарядом 1−).
в) AlF₃ состоит из ионов Al³⁺ и F⁻; Al³⁺ : F⁻ = 1 : 3.
Во всех случаях суммарный заряд положительных ионов равен суммарному заряду отрицательных, и вещество в целом электронейтрально.
§ 34. Используйте дополнительную информацию.
6. Предложите свой вариант графического отображения образования химической связи в соединении, имеющем формулу BaCl₂.
Барий — элемент IIА-группы, 6-го периода (56 протонов, слои 2, 8, 18, 18, 8, 2); хлор — элемент VIIА-группы (слои 2, 8, 7).
Атом бария отдаёт два внешних электрона. Каждому атому хлора не хватает одного электрона, поэтому два электрона бария принимают два атома хлора, по одному каждый:
Ba⁰ − 2e⁻ → Ba²⁺ (слои 2, 8, 18, 18, 8); Cl⁰ + 1e⁻ → Cl⁻ (слои 2, 8, 8).
Схема: Ba⁰ + 2Cl⁰ → Ba²⁺ + 2Cl⁻ → BaCl₂.
Между ионами возникает электростатическое притяжение: связь ионная. На рисунке красные стрелки показывают переход электронов от атома бария к двум атомам хлора; в хлориде бария отношение ионов Ba²⁺ : Cl⁻ = 1 : 2, соединение электронейтрально.
Атом бария отдаёт два внешних электрона. Каждому атому хлора не хватает одного электрона, поэтому два электрона бария принимают два атома хлора, по одному каждый:
Ba⁰ − 2e⁻ → Ba²⁺ (слои 2, 8, 18, 18, 8); Cl⁰ + 1e⁻ → Cl⁻ (слои 2, 8, 8).
Схема: Ba⁰ + 2Cl⁰ → Ba²⁺ + 2Cl⁻ → BaCl₂.
Между ионами возникает электростатическое притяжение: связь ионная. На рисунке красные стрелки показывают переход электронов от атома бария к двум атомам хлора; в хлориде бария отношение ионов Ba²⁺ : Cl⁻ = 1 : 2, соединение электронейтрально.