Iooniline side: definitsioon, tekkimine ja näited (NaCl)

Iooniline side on mittemetalli ja metalliiooni vaheline elektrostaatiline tõmbejõud, mis hoiab kokku laengutevahelises korrapärases ioonilises kristallvõttes. See tekib siis, kui laetud aatomid (ioonid) tõmbuvad ligi vastasmärgiga laengute tõttu. Põhiline mehhanism on elektronide ülekandumine ühest aatomist teise: metall annab elektrone ära ja muutub positiivseks, mittemetall võtab elektrone vastu ja muutub negatiivseks. Mida suurem on ioonide laengute erinevus ja mida väiksemad on ioonide raadiused, seda tugevam on iooniline side. Elektrone võib ühest metallist teisele üle anda sage*ses* kuni kolm elektroni, kuid sõltuvalt elemendist ja keemilistest tingimustest võivad tekkida ka teised oksüdatsiooniseisundid.

Kuidas iooniline side tekib

Protsessil on kaks peamist osa: oksüdatsioon ja redutseerimine. Metalliaatom kaotab elektrone ja saab positiivse laengu (katioon), samal ajal mittemetalliaatom võtab need elektronid vastu ja saab negatiivse laengu (anioon). Näiteks reaktsioonis naatriumi ja kloori vahel toimuvad lihtsad sammud:

Na → Na⁺ + e^- (naatrium oksüdeerub)
Cl + e^- → Cl^- (kloor redutseerub)

Pärast elektronide ülekannet tõmbuvad vastasmärgilised ioonid üksteisele ligi ja kujundavad suures arvus korduvaid üksusi — ioonvõre. Selles võres ei ole iga ioon seotud ainult ühe vastasmärgiga partneriga, vaid iga ioon on lähikonnas paljude vastasmärgiga ioonide poolt elektriliselt mõjutatud; see annab kristallile iseloomuliku tugeva ja jäiga ülesehituse.

Olulisemad tegurid, mis mõjutavad ioonilist sidet

Laengu suurus: suurema laenguga ioonid tõmbuvad tugevamalt.
Ioonide suurus (raadius): väiksematel ioonidel on laeng tihedamalt keskendunud, mis suurendab tõmbejõudu.
Elektronegatiivsuse erinevus: suurem vahe metalli ja mittemetalli vahel soosib elektronide üleandmist ja ioonilise iseloomu suurenemist.
Kristallstruktuur: ioonide ruumiline paigutus mõjutab sidemete tugevust ja omadusi (nt ruumala ja tihedus).

Näide: NaCl (lauasool)

Tavaline näide ioonilisest sidest on naatriumi ja kloori liitumine, mis annab NaCl. Naatrium annab ühe elektroni ja muutub Na⁺, kloor võtab selle elektroni ja muutub Cl^-. Korduva liitumise tulemusel tekib soolal kubiline ioonvõre, kus iga Na⁺ on lähikonnas kuue Cl^- iooniga ja vastupidi — see suur arv lähikäitumisi annab kristallile suure lattenergia ja tugeva mehaanilise stabiilsuse.

Iooniliste ühendite tavapärased omadused

Kõrge sulamis- ja keemistemperatuur: tugeva elektrostaatilise tõmbe ületamiseks on vaja palju energiat.
Kõvadus ja rabedus: kristall on tugev, kuid löögi korral võivad ühesugused laengud sattuda paralleelselt ja põhjustada kildumist.
Elektrijuhtivus: tahkes olekus ei juhi ioonilised kristallid elektrit (ioonid on fikseeritud), kuid sulades või vesilahuses liiguvad ioonid vabalt ja ühend suudab juhtida elektrivoolu.
Veelahustuvus: paljud ioonilised ühendid lahustuvad vees, sest veemolekulid stabiliseerivad eraldunud ioone hüdraatides neid.

Lõpetuseks

Iooniline side on üks peamisi keemiliste ühendite sidetüüpe ning mängib keskset rolli nii mineraalides, soolades kui ka paljudes tehnoloogilistes materjalides. Selle olemus — elektronide ülekandumine ja vastasmärgiga ioonide elektrostaatiline tõmme — määrab iooniliste ühendite struktuuri ja makroskoopilisi omadusi.

Ioonsete sidemete omadused

Kolmemõõtmeline iooniline struktuur, mida nimetatakse hiiglaslikuks iooniliseks kristallvõrestruktuuriks.
Ioonilised ühendid on vees lahustuvad, kuna ioonid moodustavad veemolekulidega soodsaid vastastikmõjusid, mis vabastavad piisavalt energiat, et eralduda võrest.

Tahkes olekus ei juhi elektrit. Kuid vedelas olekus või vees lahustatuna juhivad nad hästi elektrit, sest ioonid on vabalt liikuvad ja võivad kanda laengut.
Need on vastanduvad kovalentsete sidemete omadustele.
Mõnikord, kui neil ei ole vaba valentselektroni, et luua täielik kest, käitub üks neist kahest ja keerleb kaheksakesi ümber mõlema aatomi.
Ioonsed sidemed on üldiselt palju nõrgemad kui kovalentsed sidemed.
Iooniliste ühendite sulamis-/k keemistemperatuur on kõrge tänu tugevatele elektrostaatilistele tõmbejõududele, mille ületamiseks on vaja palju soojusenergiat.

Küsimused ja vastused

K: Mis on iooniline side?

V: Iooniline side on mittemetalli ja metalliiooni vaheline elektrostaatiline tõmbejõud hiiglaslikus ioonilises kristallvõttes.

K: Kuidas tekib iooniline side?

V: Iooniline side tekib siis, kui laetud aatomid (ioonid) tõmbuvad üksteise poole. See juhtub pärast seda, kui metalli aatom kaotab ühe või mitu oma elektroni mittemetalli aatomile.

K: Mis muudab ioonse sideme tugevamaks?

V: Mida suurem on metalli ja mittemetalli iooni laengute erinevus, seda tugevam on iooniline side.

K: Mitu elektroni saab ioonse sideme käigus üle kanda?

V: Protsessi käigus võib üle kanda maksimaalselt kolm elektroni.

K: Mis juhtub metalli aatomiga ioonse sideme käigus?

V: Metalli aatomist saab positiivne katioon, sest ta kaotab elektron(id).

K: Mis juhtub mittemetalli aatomiga ioonse sideme ajal?

V: Mittemetalli aatomist saab negatiivne anioon, sest ta saab elektron(id).

K: Kas te oskate kirjeldada ioonse sideme näidet?

V: Ioonse sideme näide on, kui naatrium ja kloor ühinevad, et moodustada tavalist söögisoola NaCl. Kõigepealt oksüdeeruvad naatriumi aatomid (Na) ja kaotavad ühe elektroni, moodustades positiivselt laetud naatriumioone (Na+). Kloori aatomid saavad naatriumi aatomitelt elektronid, moodustades negatiivselt laetud kloriidioone (Cl-). Mõlemad ioonid on nüüd vastassuunaliselt laetud ja neid hoiavad kinni tugevad elektrostaatilised tõmbejõud.