Часть И. ОБЩАЯ ХИМИЯ

Раздел 3. ХИМИЧЕСКИЙ СВЯЗЬ

§ 3.3. Ионная связь

Особенности ионной связи рассмотрим на примере образования молекулы хлорида натрия NaCl. Атомы натрия и хлора, из которых образовалась эта соединение, значительно отличаются по електронегативністю: для атома натрия она равна 1,01, для атома хлора 2,83. Как следует из электронных формул Na 1s²2s²2p³s¹ и Cl 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵, это - атомы с незавершенными внешними электронными уровнями. Для завершения внешнего уровня атома натрия легче отдать 1 электрон, чем присоединить 7, а атому хлора легче присоединить 1 электрон, чем отдать 7. Как свидетельствует опыт, во время химических реакций атом натрия отдает 1 электрон, а атом хлора присоединяет его. Схематически это можно записать так:

Na - e^- = Na⁺;

Сl + e^- = Сl^-,

т.е. электронная оболочка атома Na превратилась на устойчивую оболочку атома благородного газа Ne - 1s²2s²2p⁶ (это натрий-ион Na⁺), а оболочка атома Сl - на оболочку атома благородного газа, Аr - 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶ (это хлорид-ион Сl ). Между ионами Na⁺ и Сl возникают силы электростатического притяжение, вследствие чего образуется соединение NaCl.

Химическая связь между ионами, вызванный электростатическим притяжением, называется електровалентним, или ионным, связью. Соединения, которые образовались вследствие притяжения ионов, называются гетерополярними, или ионными.

Ионные соединения образуют атомы элементов, которые значительно отличаются по електронегативністю, например атомы элементов главных подгрупп i И II групп с атомами элементов главных подгрупп VI и VII групп. Ионных соединений сравнительно немного.

Молекулы хлорида натрия NaCl существуют только в парообразном состоянии. В твердом (кристаллическом) состоянии ионные соединения состоят из закономерно расположенных положительных и отрицательных ионов. Молекулы в этом случае отсутствуют (см. § 3.7).

Ковалентная связь является более общим типом химической связи. Теория связи объясняет образование ионной связи с ковалентною предельной односторонней поляризацией (смещением) общей электронной пары, когда последняя начинает принадлежать одному из атомов, которые соединяются.

Например:

 и дальше

В приведенном примере предельная односторонняя поляризация обусловлена действием атома хлора, проявляет неметаллические свойства (электроотрицательности XCl = 2,83). Молекулярная электронная облако (электронная пара) полностью смещается к атому хлора. Это равноценно перехода электрона от атома натрия к атому хлора.

Очевидно, ковалентная полярная связь можно определить как разновидность ковалентной связи, что потерпел лишь ничтожной односторонней поляризации (связующее электронное облако сместилось в сторону атому с большей относительной електронегативністю). Он является промежуточным между ионным и неполярным ковалентной связью.

Следовательно, в механизмах образования неполярной ковалентной, полярной ковалентной и ионной связей нет принципиального отличия. Они отличаются лишь по степени поляризации (смещение) общих электронных пар. Природа химической связи едина.

Предусматривать полярность связи можно на основе значений относительной электроотрицательности атомов элементов (см. табл. 2.2). Чем больше разность относительных электроотрицательностей соединенных атомов (обозначим ее ∆х), тем сильнее выражена полярность. Предельно высокое значение ∆х в соединении CsF (4,10 - 0,86 = 3,24).

Следовательно, химическая связь между атомами ионный вплоть до ∆х = 2; при ∆х = 0 это связь неполярная ковалентная; при промежуточных значений - полярная ковалентная.

На самом же деле связи не бывают ионными на 100 %. Поэтому говорят о степени, или долю ионности связи. ее определяют экспериментально. Оказывается, что даже в таком составе, как CsF, ионный связь выражен только на 89 %. Ионная связь в отличие от ковалентной характеризуется ненапрямленістю в пространстве и ненасичуваністю. Ненапрямленість связи определяется тем, что каждый ион, который представляет собой как бы заряженную пулю, способен привлекать ион противоположного знака в любом направлении. Взаимодействие ионов противоположного знака не приводит к компенсации силовых полей: способность к притяжения ионов противоположного знака в них сохраняется в других направлениях(ненасичуваність). Например, в кристалле NaCl каждый ион Na⁺ взаимодействует с шестью ионами Сl и наоборот (см. рис. 3.16). Следовательно, вследствие ненасичуваності и ненапрямленості ионной связи соединения, состоят из ионов, представляют собой твердые тела с ионной кристаллической решеткой.