Дж. Хьюи - Неорганическая химия (Строение вещества и реационная способность) (1097100), страница 12
Текст из файла (страница 12)
1! или Оь; иодической системс имеет Г' ! или ; Оз или Р; Е или П От т'б 2 4 ' ' Щвст трав"'!те с даинымн приведен"ын'! в 2.7. Графически изоб азн Р те ход изменения обшей (сумьгарной) энергии ионизаиин атома А) с переходом и состояние А! "~ (т = 1 — 8; постройте в линейных, а лругой — в; (т = — ); одни график ои — логарифмических координатах. З,!ангина в д ',,; 27448 113?8 11831; !8378; 23,293: 27439 31,".к'! для т .= ! — 8 соответственно О Обьясинте прн !нну разрыва непрерывности склоне б 2.8.
Исходя из данных табл. 24, и ., определите, какой из галогенов яаиболее неи о разовывать ноп Х 7 Почему? 2,9. По тве ж спи!о сматривать как н лев ш эне у Р д некоторых ученых сродство к электрону можно а- У. У Ргик! нонн!аппп. Прнведитс;говоггы «за» и «против» для этого утверждения. ческой систе. * 2.!О. Атом какого элемента а в соомгетствии с его положением в Пепноди.ской системе имеет большее сродство к электрону «.
!л Р; Р ° 1; т ну илп : или ; е или вли г. таст сравните с данными, приведенными в табл. 2.6. 2.1!. Обьясните, почему сродство к элект для группы 3Р (си табл 27) 3. МОДЕЛИ ХИМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ. ИОННАЯ СВЯЗЬ Точной г ани ы раницы между ионной и ковалентной связью нет, однако обычно эти модели связей рассматривают отдельно, а затем обе ж аю у дают строение реальных молекул и кристаллов, оценивая вклад в химическую связь обеих ее составляюгцих (ионной и ковалентной). Чисто ио т остат о ионная связь' может быть представлена простой р ической моделью, согласно которой многие твердые тела " элекможно рассматривать как систему ионов. Однако это утверждение — лишь модель, и в действительности существует много твердых тел (от алмаза до металлов), в которых связь не является чисто ионной. Главной отличительной особенностью твердых ионных соединений от ковалентных, связанной с их разными кристаллическими решетками, яв,чается то, что у ионных кристаллов в узлах решетки находятся положительные и отрицательные ионы (в отличие от атомов или молекул в узлах ковалентных кристаллов).
Ионы в узлах ионного кристалла расположены таким образом, что силы притяжения между разнозаряженными ионами максимальны, а силы отталкивания между одинаково заряженными ионами минимальны. Основные свойства ионных соединений следую!цие. Ионные соединения чаще всего имеют низкую электрическую проводимость в твердом состоянии *, но высокую проводимость в рас- ' Обсуждение некоторых ионных соединений с высокой проводимостью в твердом состоянии см.
в равд, 6,3, плавленном состоянии. Г!роводнмость обьясняется наличием в этих веществах ионов, которые могут свободно двигаться нод действием электрического поля. В твердом теле ионы, находя. щиеся в узлах решетки, закреплены и не могут свободно пере. мешаться (поэтому и проводимость низка). Следует отметить, что точных доказательств существования ионов в кристалле нет, а тот факт, что ионы прнсутствшот в расилнне или в распгорс, не доказывает их существования в кристалле. Однако это постулируется в электростатической модели, с помощью которой свойства кристаллов легко можно объяснить. Ионные соединения имею~ высокис температуры плавления.
Это следствие того, что ионные связи обычно весьма сильны и иенаправленны (распространяются во всех направлениях). Игнорирование ненаправленностн приводит к заключеншо, что ионная связь значительно сильнее, чем ковале!Иная, а это не соответствует действительности. Так, вещества, содержащие прочные и многонаправленные ковалентные связи (алмаз и др.), также имеют очень высокие температуры плавления. Для ионного кристалла, например хлорида натрия, высокая температура плавления является следствием сильного электростатического притяжения между катионами натрия и хлорид-ионами в решетке, где каждый иои )ч)а" окружен шестью ионами С)-, а каждый ион С1- — шестью ионами Р)а+ по всему объему кристалла (более подробное обсуждение взаимозависимости между химической связью, структурой кристалла и физическими свойствами веществ проведено в равд.
7). Ионные соединения обычно весьма твердые, но хрупкие. Твердость ионных веществ обусловлена невозможностью образования кратных связей вследствие разделения ионов в пространстве и отсутствия теплового движения ионов. Хрупкость объясняется природой ионной связи: даже при относительно небольшом сдвиге ионов возникают контакты анион — аннон и катион — катион и вместо сил притяжения появляются силы отталкивания. Вследствие этого кристалл раскалывается, как это часто наблюдается у многих минералов. Ионные соединения заметно растворимы в полярных растворителях с высокой диэлектрической проницаемостью.
Энергия взаимодействия двух заряженных частиц в некоторой среде определяется выражением Е= —, ч+ч 4нгв (3.1) где д+ и д- — заряды ионов; г — расстояние между частипами; в — диэлектричесная пронииаемость среды. Диэлектрическая проницаемость вакуума составляет ев = = 8,85 1О-'з Клх/(Дж. и ); для полярных растворителей она значительно выше, например для воды 7,25 10-'в, для ацетонитрила 2,9 10-'в, для аммиака 2,2 10-'о Клэ('(Дж м). Таким образом, относительная диэлектрическая проницаемость состав- ляет 82ее(НхО), ЗЗее(СНзС)х() и 25ею(ННз), т.
е, проницаемость, например, аммиака в 25 раз выше, чем вакуума, а следовательно, притяжение между ионами, растворенными в аммиаке, в 25 раз слабее, чем в отсутствие растворителя. Кроме того, увеличению растворимости может способствовать сольватапия ионов растворенного всшества, выделяюшаяся энергия которой может стать больше энергии, затраченной на разрушение кристаллической решетки (см. равд.
7). Ионные соединения, содержашие одноатомные ионы, образуются из катионов активных металлов и апнонов активных не- металлов *. При этом должно соблюдаться важное условие: сумма значений энергии ионизации (для образования катиона) и сродства к электрону (для образования аниона) должна быть энергетически выгодной, однако это вовсе не означает экзотермичности реакций отдачи и приема электрона по отдельности. Другими словами, атомы одного из элементов (мссалла) должны терять один, два и т.
д. электрона, а атомы другого элемента (неметалла) должны принимать один, два и т. д, электрона без внешнего воздействия. Это ограничивает образование ионной связи атомами активных металлов (элементы 1А и ПА групп, некоторые элементы П1А группы и некоторые переходные элементы) и активных неметаллов (элементы У1)А и хг)А групп, азот) **. 3.1. СТРУКТУРНЫЕ ТИПЫ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ РЕШЕТОК Перед тем, как обсуждать энергетику образования ионных крчсталлов, полезно изучить типы распределения в них ионов.
Многие ионные соединения кристаллизуются по одному из четырех структурных типов, описанных ниже. Для них характерно одинаковое число катионов и авионов в элементарной ячейке. соотношение между которыми равно 1:1 илп 2:2. Эти структурные типы принципиально отличаются друг от друга значением координационного числа, т. е. числом соседей вокруг данного иона (4, 6 или 8). Структурный тип хлорида митрия. Хлорид натрия )ЧаС! образует кристаллы с гранецентрированной кубической решеткой (рис. 3.1, а). Восемь ионов )йах образуют вершины куба, а шесть других находятся в центрах граней этого куба.
Хлорид-ионы расположены аналогично, так что кристалл хлорида натрия можно рассматривать состояшим из двух взаимно проникаюших гранецентрированных кубических решеток. Координационное число Рнс. 3. !. Элементарные ячейкн крнсталлнческнх структур нонных соеднненнй типа ): ! 1)): а хлорна хашах, б хло рна цеха» (КЧ) обоих ионом в решетке хлорида натрия равно 6, т.
е. шесть ионов С)- окружают каждый ион (х)а+, и, наоборот, шесть ионов )ч)ас окружают каждый ион С!-. Ст ктмрный тип хлорида цезия. Хлорид цезия СзС! образует кристаллы с кубической решеткой (рис. 3.1, ). кр °, " " ..1,б). Ионы Сз+ (или ионы С!-) занимают восемь вершин в кубе, а противоион занимает центр ку куба ". Для обоих ионов в решетке хлорида цезия КЧ = 8, т. е. восемь анионов окружают каждый катион, а восемь катионов окружают каждый авион. Структурньсе типы сфалерита и вюрцита.
Сульфид цинка Хп5' образует кристаллы с двумя различными решетками; одна из полиморфных модификаций называется вюрцит, другая— сфалерит (рис. 3.2). Подробно эти решетки рассмотрены ниже (см, равд. 3.6). Отметим, что для обеих кристаллических решеток КЧ = 4, как для катионов, так и для анионов. В решетках следующих структурных типов имеется вдвое меньше катион ионов, чем анионов (соотношение 1:2), а следова- 4, тельно, КЧ катионов будет вдвое больше, чем у анионов (8 и 6 и 3, 4 н 2 соответственно).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
