Legaturi chimice. Relatii in structura si proprietatile substantelor chimice.

Legaturi chimice. Relatii in structura si proprietatile substantelor chimice.

1.Ioni.Legatura ionica (electrovalenta)

Atomii tind sa realizeze configuratii stabile, in marea majoritate a cazurilor de gaz rar (dublet dau octet). Gazele rare sunt singurele specii care se gasesc sub forma de atomi liberi (molecule monoatomice in conditii obisnuite.

Ionii sunt specii de atomi cu sarcina. Ionii negativi sunt specii care rezulta din atomi prin acceptare de electroni: _.

Fenomenul este exoterm, energia eliberata se numeste afinitate de electroni si depinde de raza atomica si de numarul de electroni de pe ultimul strat. Cu cat raza este mai mare cu atat afinitatea de electoni este mai mica (scade puterea de atractie a nucleului). Deci afinitatea de electroni creste intr-o grupa principala a sistemului periodic de jos in sus.

Afinitatea de electroni scade atunci cand un atom accepta mai multi electroni,deoarece se consuma o parte din energia initiala pentru invingerea fortelor electrostatice de respingere dintre electroni. Deci intr-o perioada, afinitatea de electroni, electronegativitatea , creste de la stanga la dreapta. Cea mai mare afinitate de electroni este cea a fluorului (F).

Electronegativitatea unor elemente

H

2,1

LiCN OF

1,0 2,5 3,0 3,5 4,0 valori

masurate in eV.

Na Mg AlP S Cl

0,9 1,2 1,5 2,1 2,5 3,0

1eV/=23,06 kcal/mol( particula)

K Ca Br

0,8 1,02,8

Rb I

0,8 2,5

Cs

0,7

Se observa din studiul valorilor, ca metalele au afinitate foarte mica de electroni, nemetalele au afinitate mare. Ionii pozitivi sunt specii care rezulta din atomi prin cedare de electroni

Cedarea de electroni se face cu schimb de energie (fenomen endoterm) , care poarta denumirea de energie de ionizare, care depinde de raza si numar de electroni de pe ultimul strat. Energia de ionizare scade cu cresterea razei si creste cu numarul de electroni care trebuie cedati. Deci, in sistemul periodic, energia de ionizare in grupe creste de jos in sus, in perioada creste de la stanga la dreapta. Caracterul metalic (electropozitivitatea) creste in grupe de sus in jos si in perioade de la dreapta la stanga. Elementul cu caracterul metalic cel mai pronuntat (cel mai electropozitiv) este Cs(cesiu).

Energia de ionizare a primului electron (in unele cazuri al celui de-al doilea) pentru unii atomi din grupele principale.

(in kcal/mol)                                                

H He

314565

Li Be B C N O FNe

124214 191 265 334311 403 495

420

Na Mg Al Cl

118175141297

346

KCaBr

99 141 272

274

In teoria electronica elaborata de W.Kossel 1916 si G.N.Lewis 1916, legatura ionica se realizeaza intre elemente cu caracter chimic diferit (metale si nemetale), prin transfer de electroni de la metal la nemetal, intre ionii formati se exercita forte electrostatice de atractie. Rezulta combinatii ionice foarte stabile, substante solide alcatuite dintr-un numar imens de ioni pozitivi si negativi. Numarul total de sarcini negative este egal cu numarul total de sarcini pozitive.

Fiecare ion exercita asupra unor ioni de semn contrar o atractie electrostatica uniform repartizata in toate directiile din spatiu, astfel ia nastere o constructie geometrica , care se numeste retea cristalina.

Clorura de sodiu cristalizeaza in retea cubica compacta care corespunde unei aranjari de sfere inegale (ioni monoatomici de forma sferica cu raze diferite). Tipul retelei este determinat de raportul dintre raza cationului si raza anionului. In reteaua NaCl . Ambii ioni au numarul de coordinatie 6, fiecare ion de sodiu este inconjurat de un octaedru de ioni de clor si fiecare ion de clor de un octaedru de sodiu. Ionii Cl , cu volum mare, se ating formand o retea cubica compacta, iar ionii de Na⁺ ocupa golurile din aceasta retea.

Formarea NaCl din elemente

Na(s) + ½ Cl₂(g) → Na⁺Cl^- (s) ΔHg= 98 kcal/mol

Reactia decurge cu o degajare mare de energie (energia de formare) si poate fi considerata ca suma a cinci reactii simple (procese elementare).

Na(s) → Na(g) ΔH_sublimeare= 23kcal/mol

Na(g) → Na⁺(g) +e^- I_Na= 118kcal/mol (energie de ionizare)

½ Cl₂(g) → Cl(g) ½ ΔH_disociere= 29 kcal/mol

Cl(g) + e^-→ Cl^-(g)A_Cl^- = - 83 kcal/mol (afinitate de e^-)

Na⁺(g) + Cl^-(g) → Na⁺Cl ^- U_r = - 185 kcal/ mol (energie de retea)

Na(s) + ½ Cl₂(g) → NaCl(s)ΔH_f = - 98 kcal/mol

Transformari care pot fi redate prin ciclul Haber-Born

Ciclul Haber-Born a fost utilizat pentru calculul afinitatii de e^- a unor atomi cunoscandu-se celelalte energii implicate in ciclu.

Propietatile substantelor ionice:

Substante solide cu stabilitate mare, cu puncte de topire ridicate.

Solubile in solventi polari (H₂O), insolubile in solventi nepolari.

Nu conduc curentul electric in stare solida, conduc in solutie sau topitura se pot supune electrolizei).

Cristalele ionice sunt casante.

Categorii de substante ionice

Substante anorganice

-saruri NaCl, K₂SO₄, Mg(NO₃) ₂,NH₄Cl, Ba₃(PO₄) ₂.

-hidroxizi NaOH, Ca(OH) ₂,Al(OH) ₃, Fe(OH) ₂,Fe(OH) ₃.

-oxizi bazici K₂O, CaO, AL₂O₃,Cu₂O,CuO.

Substante organice

-sarurile acizilor carboxilici CH₃ COONa, (C₆H₅COO) ₂Mg

-alcoxizi, fenoxizi, aceturi CH₃ O Na, C₆H₅OK, NaC ≡CNa

Din exemplele de mai sus rezulta ionii pot fi:

- ioni monoatomici Na⁺, Ca²⁺, Cl^-,O^2- etc;

- ioni poliatomici NH₄⁺, SO₄^2-, CO₃^2-, NO₃^-etc.

In structura ionilor poliatomici se intalnesc legaturi covalente si uneori legaturi coordinative intre atomii participanti