Устойчивость ионных соединений

Легкость образования ионного соединения зависит от легкости образования входящих в него катионов и анионов. Чтобы процесс их образования был энергетически выгоден, атом, отдающий электрон или электроны {донор электронов), должен иметь небольшую энергию ионизации, а атом, присоединяющий электроны (акцептор электронов), должен обладать большим сродством к электрону. Сродство к электрону—это энергетическое понятие. Так называется мера способности атома присоединять электрон. Ее можно количественно определить как изменение энергии, происходящее при образовании одного моля однозарядных анионов из одного моля атомов.

Строго говоря, выше было дано определение первого сродства к электрону. Это уточнение необходимо, чтобы отличить первое сродство к электрону от второго и следующих значений сродства к электрону. Второе сродство к электрону-это изменение энергии, происходящее при образовании одного моля двухзарядных анионов из одного моля однозарядных анионов.

Заметим, что, подобно энергии ионизации, сродство к электрону характеризует атомы и ионы в газообразном состоянии. Следует также обратить внимание на то, что ионизация хлора сопровождается выделением (потерей) энергии. Такой процесс является экзотермическим (см. гл. 5), и поэтому сродство к электрону в рассматриваемом случае имеет отрицательное значение. Большинство элементов характеризуются отрицательным первым сродством к электрону. Чем больше отрицательное значение сродства к электрону по своей абсолютной величине, тем легче происходит образование анионов.

Второе сродство к электрону любого элемента всегда имеет положительное значение, т. е. соответствует эндотермическому процессу (с поглощением энергии). Это объясняется тем, что для преодоления силы отталкивания между двумя соединяющимися отрицательно заряженными частицами необходимо затратить энергию.

 

Выше было сказано, что образование ионного соединения энергетически выгодно, когда один элемент имеет небольшую энергию ионизации, а другой элемент имеет большое сродство к электрону. Кроме того, мы указывали, что энергия ионизации и сродство в электрону - это характеристики атомов и ионов в газообразном состоянии. Казалось бы, можно сделать вывод, что ионное соединение находится в наиболее устойчивом и энергетически выгодном состоянии, будучи газообразным. Однако такой вывод был бы совершенно неправильным. Большинство ионных соединений наиболее устойчивы в твердом состоянии. Это объясняется существованием у них в твердом состоянии кристаллической решетки. На рис. 2.2 показано схематическое изображение (модель) кристаллической решетки хлорида натрия. Структура кристаллической решетки объясняет многие физические свойства ионных соединений. В этой главе мы подробно познакомимся с некоторыми из таких свойств, а в следующей главе будут рассмотрены различные типы кристаллических решеток.

Почему же все-таки ионные соединения более устойчивы в виде кристаллических решеток, а не в газообразном состоянии? Чтобы ответить на этот вопрос, следует учесть энергию кристаллической решетки. Эта энергия необходима, чтобы соединить один моль катионов и анионов, находящихся в газообразном состоянии, в кристаллическую решетку.

Энергия кристаллической решетки отрицательна, стало быть, она характеризует экзотермический процесс (протекающий с уменьшением энергии). Понижение энергии означает повышение устойчивости. В гл. 5 показано, каким образом энергия кристаллической решетки (точнее, энтальпия решетки) связана с энергией ионизации, сродством к электрону и другими энергетическими решетками; эта взаимосвязь выражается с помощью так называемого цикла Борна-Габера.

Рис. 2.2. Модель кристаллической решетки хлорида натрия.

 

 

Оглавление: