Кіріспе

Иондық байланыс – иондар арасындағы тартылыс күші арқасында пайда болатын химиялық байланыс түрі. Иондық байланыс – қарама-қарсы зарядталған иондардың немесе электронегативтілігі күрт өзгеше екі атомның арасындағы электростатикалық тартылыс күшінен туындайтын химиялық байланыс түрі. Бұл коваленттік және металдық байланыстармен қатар, байланыстың негізгі түрлерінің бірі болып табылады. Иондар – электростатикалық заряды бар атомдар (немесе атомдар тобы). Электрондарды қабылдаған атомдар теріс зарядталған иондарды (аниондар деп аталады) жасайды. Электрондарын жоғалтқан атомдар оң зарядталған иондарды (катиондар деп аталады) жасайды. Электрондардың осы ауысуы коваленттік байланыстан ерекшеленетін электроваленттік деп аталады. Ең қарапайым жағдайда, катион – металл атом, ал анион – металл емес атом болады, бірақ бұл иондар күрделірек болуы мүмкін, мысалы, NH4+ немесе SO42− сияқты молекулалық иондар. Қарапайым тілмен айтқанда, иондық байланыс – екі атомның да толық валентті қабығын толықтыру үшін металдан металл емес элементке электрондардың ауысуы нәтижесінде пайда болады. Абсолютті таза иондық байланыс – бір атом немесе молекула электронды екіншісіне толығымен беруі мүмкін емес: барлық иондық қосылыстарда коваленттік байланыс немесе электрон бөлісудің белгілі бір деңгейі болады. Сондықтан, "иондық байланыс" термині иондық сипаттама коваленттік сипаттамадан басым болған жағдайда қолданылады, яғни екі атомның арасындағы электронегативтілік айырмашылығы жоғары болса, бұл байланысты коваленттік байланысқа қарағанда көбірек поляризациялайды (ионды). Ішінара иондық және ішінара ковалентті сипаттамалары бар байланыстар поляризацияланған ковалентті байланыстар деп аталады. Иондық қосылыстар балқыған немесе ерітіндіде электр тогын өткізеді, бірақ қатты күйде өткізмейді. Иондық қосылыстардың балқу температурасы, әдетте, олар құрамындағы иондардың зарядына байланысты жоғары болады. Зарядтар неғұрлым жоғары болса, әрекеттесу күштері де соғұрлым күшті болады және балқу температурасы да жоғарылайды. Олар суда да жақсы ериді; әрекеттесу күштерінің күштілігі ерігіштікті төмендетуі мүмкін.

Шолу

Валентті қабығы дерлік толы немесе дерлік бос атомдар өте реактивті болады. Күшті электротерістікке ие атомдар (мысалы, галогендер) көбінесе валентті қабығында бір немесе екі бос электрондық деңгейге ие болады және жиі басқа атомдармен байланысады немесе аниондарды құру үшін электрон қабылдайды. Әлсіз электротерістікке ие атомдар (мысалы, сілті металдар) салыстырмалы түрде аз валентті электрондарға ие, олар күшті электротерістікке ие атомдарға оңай беріледі. Осының салдарынан, әлсіз электротерістік атомдар электрондық бұлттарын өзгертпей, катиондар түзетін болады.

Иондық байланыстардың қасиеттері

Олар барлық химиялық байланыстардың ең күштілерінің қатарында саналады. Бұл көбінесе иондық қосылыстардың өте тұрақты болуына себеп болады. Иондық байланыстардың байланыс энергиясы жоғары. Байланыс энергиясы – газ тәрізді күйде байланысты үзуге қажетті орташа энергия мөлшері. Көптеген иондық қосылыстар кристаллдық құрылым түрінде кездеседі, онда иондар кристаллдың төбелерін жасайды. Мұндай құрылым кристалл тор деп аталады. Иондық қосылыстар суда немесе басқа да полярлы еріткіште еріген кезде кристалл тор құрылымын жоғалтып, иондарға ыдырайды. Бұл процесс сольватация деп аталады. Осы бос иондардың болуы иондық қосылыстардың сулы ерітінділерін электр тогын жақсы өткізгіш етеді. Қосылыстар балқу температурасынан жоғары қыздырылғанда да осыған ұқсас процесс жүзеге асады.

Құрылыстар

Қатты күйдегі иондық қосылыстар торлы құрылымдар түзеді. Тордың түрін анықтайтын екі басты фактор – иондардың салыстырмалы зарядтары және олардың салыстырмалы өлшемдері. Көптеген қосылыстар кейбір құрылымдарды қабылдайды; мысалы, тас тұзының – натрий хлоридінің құрылымын көптеген сілті металдарының галоидтары және магний оксиді сияқты екілік оксидтер де қабылдайды. Полинг ережелері иондық кристалдардың кристаллдық құрылымын болжау және түсіндіруге арналған нұсқаулар береді.

Бiрiктiрудiң беріктігі

Қатты кристалды иондық қосылыстар үшін газ тәрізді иондардан қатты затты түзу кезіндегі энтальпия өзгерісі тор энергиясы деп аталады. Тор энергиясының эксперименталдық мәні Борн-Хабер циклын қолдану арқылы анықталуы мүмкін. Оны сондай-ақ Борн-Ланде теңдеуін пайдаланып, катиондар мен аниондар арасындағы өзара әрекеттесулерді және қысқа қашықтықтағы итергіш потенциалдық энергия мүшесін қосу арқылы есептелетін электростатикалық потенциалдық энергияның қосындысы ретінде есептеуге болады. Электростатикалық потенциал иондар арасындағы қашықтық және кристаллдың геометриясын ескеретін тұрақты (Мадельунг тұрақтысы) арқылы өрнектеледі. Ядродан алшақтаған сайын қорғаныс әлсірейді. Борн-Ланде теңдеуі, мысалы, натрий хлоридінің тор энергиясына жақсы сәйкес келеді, онда есептелген (болжанған) мәні -756 кДж/моль, ал Борн-Хабер циклын қолданғанда -787 кДж/моль болады. Сулы ерітіндіде байланыс күші ион зарядының функциясы ретінде Бьеррум немесе Фуосс теңдеуімен сипатталады, бұл иондардың поляризациялануы немесе мөлшері сияқты олардың табиғатына тәуелсіз. Тұз көпірлерінің күші көбінесе катиондық және аниондық орталарды қамтитын молекулалар арасындағы тепе-теңдікті өлшеу арқылы бағаланады, көбінесе ерітіндіде. Судағы тепе-теңдік тұрақтылары әр тұз көпірі үшін қосымша еркін энергияның үлесін көрсетеді. Күрделі молекулалардағы сутекті байланыстарды анықтаудың тағы бір әдісі – кристаллография, кейде ЯМР спектроскопиясы. Иондық байланыстың күшін анықтайтын тартымды күштер Кулон заңымен модельделуі мүмкін. Иондық байланыс күштері әдетте (атап көрсетілген диапазондар өзгереді) 170 және 1500 кДж/моль аралығында болады.

Поляризациялық қуат әсерлері

Таза иондық қосылыстардың кристалл торларындағы иондар шар тәрізді болады; алайда, егер оң ион кішкентай және/немесе жоғары зарядталған болса, ол теріс ионның электрондық бұлтын деформациялайды, бұл әсер Фажан ережелерінде сипатталған. Теріс ионның поляризациялануы екі ядро арасындағы заряд тығыздығының артуына алып келеді, яғни ішінара коваленттілікке. Ірі теріс иондар поляризациялануға бейім, бірақ бұл әсер көбінесе 3+ зарядталған оң иондар қатысқанда ғана маңызды (мысалы, Al3+). Дегенмен, 2+ иондар (Be2+) тіпті 1+ иондар (Li+) да белгілі бір поляризациялық қабілет көрсетеді, себебі олардың мөлшері өте кішкентай (мысалы, LiI иондық қосылыс, бірақ оның құрамында ковалентті байланыс та бар). Бұл электр өрісі әсерінен тордағы иондардың орын ауыстыруымен байланысты иондық поляризация әсерінен өзгеше екенін ескеру қажет.