Prečo je tvorba iónových zlúčenín exotermická

Premýšľali ste niekedy nad tým, prečo je tvorba iónových zlúčenín exotermická? Rýchla odpoveď je, že výsledkom iónová zlúčenina je stabilnejší ako ióny, ktoré ho tvorili. Extra energia z iónov sa uvoľní ako teplo, keď iónové väzby tvoriť. Keď viac teplo sa uvoľňuje z reakcie, ako je potrebné na to, aby sa to stalo, reakcia je exotermická.

Iónové väzby sa tvoria medzi dvoma atómami a veľký rozdiel v elektronickej aktivite medzi sebou. Typicky je to reakcia medzi kovmi a nekovmi. Atómy sú také reaktívne, pretože nemajú úplné valenčné elektrónové náboje. Pri tomto type väzby je elektrón z jedného atómu v podstate darovaný druhému atómu, aby vyplnil svoje valenčné elektrónové puzdro. Atóm, ktorý „stráca“ svoj elektrón vo väzbe, sa stáva stabilnejším, pretože darovanie elektrónu vedie k naplnenému alebo napoly naplnenému valenčnému obalu. Počiatočná nestabilita je taká veľká pre alkalické kovy a alkalické zeminy, že na odstránenie vonkajšieho elektrónu (alebo 2, pre alkalické zeminy) je potrebné malé množstvo energie na vytvorenie katiónov. Na druhej strane halogény ľahko prijímajú elektróny za vzniku aniónov. Aj keď sú anióny stabilnejšie ako atómy, je ešte lepšie, ak sa dva typy prvkov dokážu spojiť, aby vyriešili svoj energetický problém. Toto je kde

Ak chcete skutočne porozumieť tomu, čo sa deje, zvážte vytvorenie chloridu sodného (jedlá soľ) zo sodíka a chlóru. Ak beriete plynný sodík a plynný chlór, tvoria sa soli v ohromujúcej exotermickej reakcii (ako v, neskúšajte to doma). vyvážená iónová chemická rovnica je:

2 Na (s) + Cl₂ (g) → 2 NaCl (s)

NaCl existuje ako kryštalická mriežka sodných a chlórových iónov, kde ďalší elektrón z atómu sodíka vyplní „otvor“ potrebný na dokončenie vonkajšej elektrónovej vrstvy atómu chlóru. Teraz má každý atóm úplný oktet elektrónov. Z energetického hľadiska je to vysoko stabilná konfigurácia. Pri podrobnejšom skúmaní reakcie sa môžete zmiasť, pretože:

Strata elektrónu z prvku je vždy endothermic (pretože na odstránenie elektrónu z atómu je potrebná energia.

Na → Na⁺ + 1 e^- AH = 496 kJ / mol

Zatiaľ čo zisk elektrónu nekovom je zvyčajne exotermický (energia sa uvoľní, keď nekov získa celý oktet).

Cl + 1 e^- → Cl^- AH = -349 kJ / mol

Ak teda jednoducho robíte matematiku, vidíte, že formovanie NaCl zo sodíka a chlóru si vyžaduje pridanie 147 kJ / mol, aby sa atómy zmenili na reaktívne ióny. Z pozorovania reakcie však vieme, že sa uvoľňuje čistá energia. Čo sa deje?

Odpoveď je, že ďalšou energiou, ktorá spôsobuje exotermickú reakciu, je energia mriežky. Rozdiel v elektrickom náboji medzi sodíkovými a chlórovými iónmi spôsobuje, že sú navzájom priťahované a pohybujú sa jedna k druhej. Nakoniec opačne nabité ióny spolu vytvárajú iónovú väzbu. Najstabilnejším usporiadaním všetkých iónov je kryštalická mriežka. Na prelomenie mriežky NaCl (energia mriežky) je potrebné 788 kJ / mol:

NaCl (s) → Na⁺ + Cl^- AH_mreží = +788 kJ / mol

Vytvorenie mriežky obráti znamienko na entalpii, takže ΔH = -788 kJ na mól. Aj keď vytvorenie iónov trvá 147 kJ / mol, oveľa viac energia sa uvoľňuje vytvorením mriežky. Čistá entalpická zmena je -641 kJ / mol. Tvorba iónovej väzby je teda exotermická. Energia mriežky tiež vysvetľuje, prečo iónové zlúčeniny majú tendenciu mať extrémne vysoké teploty topenia.

Polyatomické ióny tvoria väzby rovnakým spôsobom. Rozdiel je v tom, že uvažujete skôr o atómoch, ktoré tvoria tento katión a anión, než o každom jednotlivom atóme.