Іонний зв’язок — це зв’язок, який утворюється між атомами через повну передачу електронів від одного атома до іншого. Найчастіше такий зв’язок виникає між металами та неметалами.
Ми вже розглянули ковалентний зв’язок — випадок, коли атоми “домовляються” і використовують електрони спільно. Але так відбувається не завжди. Іноді один атом настільки сильно притягує електрони, що фактично забирає їх собі. Саме так виникає іонний зв’язок.
Як і чому формується іонний зв’язок
Метали зазвичай слабше утримують зовнішні електрони. Їм простіше віддати один або кілька електронів, ніж намагатися “добрати” ще. Неметали навпаки — дуже сильно притягують електрони й охоче їх приймають. Саме тому між ними часто відбувається не “спільне користування”, а справжня передача електронів.
Найвідоміший приклад — кухонна сіль NaCl. Атом натрію має один електрон на зовнішньому рівні. Атом хлору має сім електронів і для стабільності йому не вистачає лише одного. Коли ці атоми зближуються, натрій віддає свій електрон хлору.
Після цього обидва атоми змінюються.
Натрій втрачає електрон і стає позитивно зарядженим іоном Na⁺. Хлор отримує додатковий електрон і стає негативно зарядженим іоном Cl⁻.
Саме тут і виникає головна сила іонного зв’язку. Позитивний і негативний заряди починають дуже сильно притягуватись один до одного. Фактично іонний зв’язок — це електричне притягання між протилежно зарядженими іонами.
Як і у випадку ковалентного зв’язку, атоми мають підійти дуже близько — приблизно на відстань близько 0,1 нанометра. Лише тоді електрони можуть перейти від одного атома до іншого, а сили притягання стають достатньо сильними для утворення стабільної структури.
Але тут є важлива різниця. У ковалентному зв’язку атоми утворюють окремі молекули. А при іонному зв’язку часто формується величезна кристалічна решітка. Тобто кожен іон притягується одразу до багатьох сусідів. Саме тому сіль не існує у вигляді окремих “молекул NaCl”, які літають самі по собі. Насправді це гігантська структура з мільярдів іонів.
Тепер подивімось, як іонний зв’язок виникає у реальних хімічних реакціях.
NaCl
Найвідоміший приклад — реакція натрію з хлором:
Натрій — дуже активний метал. Його зовнішній електрон розташований далеко від ядра й утримується порівняно слабко. Хлор навпаки — дуже електронегативний неметал, якому не вистачає лише одного електрона до стабільного рівня.
Коли натрій контактує з хлором, електрон буквально “перестрибує” від атома натрію до атома хлору. У результаті утворюються іони Na⁺ і Cl⁻, які миттєво починають притягуватись один до одного.
Реакція проходить дуже бурхливо й супроводжується виділенням великої кількості енергії. Натрій навіть може загорятися у хлорі яскравим жовтим полум’ям. У результаті утворюється кухонна сіль — тверда біла кристалічна речовина, яка добре розчиняється у воді й є життєво необхідною для організму людини.
MgO
Ще один дуже поширений приклад — утворення оксиду магнію:
Магній також легко віддає електрони, а кисень активно їх приймає. Але тут кисню потрібно вже два електрони для завершення зовнішнього рівня. Тому один атом кисню “забирає” по одному електрону у двох атомів магнію.
Для початку реакції магній зазвичай потрібно нагріти або підпалити. Після займання метал починає горіти надзвичайно яскравим білим світлом. Саме тому магнієві суміші колись використовували у фотоспалахах та сигнальних ракетах.
У результаті утворюється оксид магнію MgO — тверда біла речовина з дуже високою температурою плавлення. Через міцний іонний зв’язок оксид магнію добре витримує високі температури, тому його використовують у вогнетривких матеріалах і печах.
CaF2
Ще один важливий приклад — реакція кальцію з фтором:
Фтор є одним із найсильніших “мисливців” за електронами у всій періодичній таблиці. Кальцій відносно легко віддає два зовнішні електрони, а два атоми фтору їх приймають.
Реакція проходить дуже активно, оскільки фтор надзвичайно хімічно агресивний. Утворюється фторид кальцію CaF₂ — мінерал, відомий як флюорит. Він має красиві прозорі або кольорові кристали й використовується у металургії, оптиці та хімічній промисловості.
Характерні властивості іонних сполук
Іонні сполуки мають характерні властивості. Вони зазвичай тверді й крихкі, мають високі температури плавлення і добре розчиняються у воді. А ще вони можуть проводити електричний струм — але не у твердому стані. У кристалі іони “зафіксовані” на місцях. Зате коли сіль розплавити або розчинити у воді, іони отримують можливість рухатися, і тоді через речовину може проходити електричний струм.
Саме тому морська вода, кров людини або розчини солей можуть проводити струм — у них плавають вільні заряджені іони.
Іонний зв’язок відіграє величезну роль у природі й техніці. Саме так утворюються солі, багато мінералів, кристалів і речовин, без яких не могла б існувати ні сучасна промисловість, ні живі організми. ⚛️