Најважније из лекције
Јонска веза: Електростатичко привлачење између катјона (метал отпушта \(e^-\)) и анјона (неметал прима \(e^-\)). Силе су неусмерене и делују у свим правцима.
Кристална структура: Стварају се кристалне решетке правилним понављањем јединичних ћелија. Нема појединачних молекула, већ постоје формулске јединке (нпр. \(\text{NaCl}\), \(\text{Li}_2\text{O}\), \(\text{CaF}_2\)).
Енергија кристалне решетке: Ослобођена енергија при настанку \(1\text{ mol}\) кристала из гасовитих јона. Расте са смањењем полупречника јона и повећањем наелектрисања јона.
Својства јонских једињења: Чврсто агрегатно стање, високе температуре топљења и кључања, добра растворљивост у води. Проводе струју искључиво у растопу и воденом раствору (слободни јони), док у чврстом стању не проводе.
Кристална структура: Стварају се кристалне решетке правилним понављањем јединичних ћелија. Нема појединачних молекула, већ постоје формулске јединке (нпр. \(\text{NaCl}\), \(\text{Li}_2\text{O}\), \(\text{CaF}_2\)).
Енергија кристалне решетке: Ослобођена енергија при настанку \(1\text{ mol}\) кристала из гасовитих јона. Расте са смањењем полупречника јона и повећањем наелектрисања јона.
Својства јонских једињења: Чврсто агрегатно стање, високе температуре топљења и кључања, добра растворљивост у води. Проводе струју искључиво у растопу и воденом раствору (слободни јони), док у чврстом стању не проводе.
Јонска веза је електростатичко привлачење између супротно наелектрисаних јона (позитивних катјона и негативних анјона).
Катјони су позитивно наелектрисани јони који настају када атоми метала отпусте своје валентне електроне.
Анјони су негативно наелектрисани јони који настају када атоми неметала приме електроне које су отпустили метали.
Разменом електрона атоми постижу стабилну електронску конфигурацију најближег племенитог гаса (дублет или октет). Јони могу бити једноатомни (\(\text{Na}^+\), \(\text{Cl}^-\)) или сложени молекулски јони (\(\text{SO}_4^{2-}\), \(\text{NH}_4^+\)).
Шта се дешава са атомом магнезијума (\(1s^2 2s^2 2p^6 3s^2\)) при грађењу јонске везе?
Атом магнезијума отпушта \(2\) валентна електрона из \(3s\) поднивоа и постаје двоструко позитивно наелектрисан катјон \(\text{Mg}^{2+}\) са стабилном октетном конфигурацијом неона (\(1s^2 2s^2 2p^6\)).
Кристална решетка је правилан, просторно уређен распоред честица (јона) у чврстом стању, у коме се правилно понавља одређени геометријски облик.
Јединична ћелија је најмања структурна јединица кристалне решетке чијим се понављањем у три димензије изграђује читав кристал.
Електростатичке силе делују равномерно у свим правцима (неусмерене су), због чега јонске супстанце не граде појединачне молекуле, већ се око сваког јона групише максималан могући број супротно наелектрисаних јона.
У кристалној решетки натријум-хлорида (\(\text{NaCl}\)), сваки катјон \(\text{Na}^+\) окружен је са \(6\) анјона \(\text{Cl}^-\), а сваки анјон \(\text{Cl}^-\) окружен је са \(6\) катјона \(\text{Na}^+\). Однос броја катјона и анјона је \(1 : 1\).
Да ли израз \(\text{NaCl}\) означава молекул натријум-хлорида?
Не. Јонске супстанце не постоје у облику појединачних молекула. Ознака \(\text{NaCl}\) представља формулску јединку која показује најједноставнији однос броја јона натријума и хлора у кристалној решетки (\(1 : 1\)).
Стехиометријски однос јона у једињењу мора бити такав да укупно наелектрисање једињења буде једнако нули (електронеутралност).
\[ \text{Na}\cdot + \cdot\ddot{\text{Cl}}: \longrightarrow \text{Na}^+ + :\ddot{\text{Cl}}:^- \quad (\text{однос } 1 : 1, \text{ формула: } \text{NaCl}) \]
\[ 2\,\text{Li}\cdot + \cdot\ddot{\text{O}}\cdot \longrightarrow 2\,\text{Li}^+ + :\ddot{\text{O}}:^{2-} \quad (\text{однос } 2 : 1, \text{ формула: } \text{Li}_2\text{O}) \]
\[ \cdot\text{Ca}\cdot + 2\cdot\ddot{\text{F}}: \longrightarrow \text{Ca}^{2+} + 2:\ddot{\text{F}}:^- \quad (\text{однос } 1 : 2, \text{ формула: } \text{CaF}_2) \]
Колико је атома натријума потребно да реагује са једним атомом кисеоника да би се формирало јонско једињење?
Потребна су \(2\) атома натријума. Сваки атом \(\text{Na}\) отпушта по \(1\) електрон (\(\text{Na}^+\)), док атом кисеоника прима та \(2\) електрона (\(\text{O}^{2-}\)), чиме настаје једињење формуле \(\text{Na}_2\text{O}\).
Енергија кристалне решетке је количина енергије која се ослободи када се из појединачних слободних јона у гасовитом стању формира један мол кристалне решетке јонске супстанце.
Вредност енергије кристалне решетке је већа уколико су:
- Полупречници јона мањи (јони су ближе један другоме);
- Наелектрисања јона већа (јаче је електростатичко привлачење).
Магнезијум-оксид (\(\text{MgO}\)) има знатно вишу температуру топљења (\(2800^\circ\text{C}\)) од натријум-оксида (\(\text{Na}_2\text{O}\), \(1132^\circ\text{C}\)). Јони \(\text{Mg}^{2+}\) и \(\text{Na}^+\) имају сличне полупречнике, али је наелектрисање јона у \(\text{MgO}\) веће (\(\text{Mg}^{2+}\) и \(\text{O}^{2-}\)), па је енергија кристалне решетке већа и јони се теже раздвајају.
Упоредите енергију кристалне решетке \(\text{NaCl}\) и \(\text{KCl}\) ако се зна да јон \(\text{K}^+\) има већи полупречник од јона \(\text{Na}^+\).
\(\text{NaCl}\) има већу енергију кристалне решетке од \(\text{KCl}\). Пошто оба једињења имају исто наелектрисање јона (\(+1\) и \(-1\)), пресудна је величина: мањи јонски полупречник \(\text{Na}^+\) омогућава јаче привлачење и већу енергију решетке.
Агрегатно стање: На собној температури су чврсте кристалне супстанце због јаких електростатичких привлачних сила у решетки.
Температуре топљења и кључања: Веома високе (потребна је велика топлотна енергија да би се савладале привлачне силе између јона).
Растворљивост: Већина јонских једињења се добро раствара у води и другим поларним растварачима.
Електропроводљивост:
- У чврстом стању: не проводе електричну струју, јер су јони чврсто везани у чворовима решетке и непокретни;
- У растопу или воденом раствору: одлично проводе електричну струју, јер јони постају слободно покретљиви.
Тип хемијске везе не одређује боју супстанце. Иако су многе јонске соли беле боје, постоје бројна јонска једињења других боја.
Зашто кухињска со у чврстом стању не проводи струју, а њен водени раствор проводи?
У чврстом стању јони \(\text{Na}^+\) и \(\text{Cl}^-\) су фиксирани у кристалној решетки и не могу се кретати. Растварањем у води долази до разградње решетке и ослобађања јона који постају покретљиви и могу да преносе електрично наелектрисање.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Који од наведених парова елемената ступа у реакцију грађења јонске везе:
а) угљеник и кисеоник,
б) калијум и бром,
в) водоник и хлор?
а) угљеник и кисеоник,
б) калијум и бром,
в) водоник и хлор?
Одговор: б) калијум и бром.
Јонска веза настаје између изразитих метала (калијум, \(\text{K}\)) и неметала (бром, \(\text{Br}\)), при чему калијум лако отпушта електрон градећи \(\text{K}^+\), а бром га прима градећи \(\text{Br}^-\).
Јонска веза настаје између изразитих метала (калијум, \(\text{K}\)) и неметала (бром, \(\text{Br}\)), при чему калијум лако отпушта електрон градећи \(\text{K}^+\), а бром га прима градећи \(\text{Br}^-\).
Задатак 2 (средњи): Напишите формулу јонског једињења које граде алуминијум (\(\text{Al}\), група 13) и кисеоник (\(\text{O}\), група 16) и одредите однос броја катјона и анјона у том једињењу.
Атом алуминијума отпушта \(3\) валентна електрона градећи катјон \(\text{Al}^{3+}\). Атом кисеоника прима \(2\) електрона градећи анјон \(\text{O}^{2-}\).
Да би једињење било неутрално: \(2 \cdot (+3) + 3 \cdot (-2) = 0\).
Формула: \(\text{Al}_2\text{O}_3\)
Однос катјона и анјона: \(2 : 3\).
Да би једињење било неутрално: \(2 \cdot (+3) + 3 \cdot (-2) = 0\).
Формула: \(\text{Al}_2\text{O}_3\)
Однос катјона и анјона: \(2 : 3\).
Задатак 3 (средњи): Супстанца \(X\) је на собној температури у чврстом агрегатном стању, има тачку топљења на \(770^\circ\text{C}\) и њен водени раствор проводи електричну струју. Који тип хемијске везе је присутан у супстанци \(X\)? Обраложите.
Одговор: Јонска веза.
Висока температура топљења, чврсто агрегатно стање на собној температури и електропроводљивост у воденом раствору (услед дисоцијације на покретљиве јоне) карактеристична су својства супстанци са јонском везом.
Висока температура топљења, чврсто агрегатно стање на собној температури и електропроводљивост у воденом раствору (услед дисоцијације на покретљиве јоне) карактеристична су својства супстанци са јонском везом.
Задатак 4 (тежак): Дата су једињења \(\text{LiF}\), \(\text{NaF}\) и \(\text{MgO}\).
а) Које од једињења \(\text{LiF}\) и \(\text{NaF}\) има већу енергију кристалне решетке?
б) Које од сва три једињења има највишу температуру топљења? Обраложите одговоре.
а) Које од једињења \(\text{LiF}\) и \(\text{NaF}\) има већу енергију кристалне решетке?
б) Које од сва три једињења има највишу температуру топљења? Обраложите одговоре.
Одговор:
а) \(\text{LiF}\) има већу енергију кристалне решетке од \(\text{NaF}\). Оба једињења садрже једноструко наелектрисане јоне, али катјон \(\text{Li}^+\) има мањи јонски полупречник од \(\text{Na}^+\), па су привлачне силе јаче.
б) Највишу температуру топљења има \(\text{MgO}\). Јони \(\text{Mg}^{2+}\) и \(\text{O}^{2-}\) су двоструко наелектрисани, па су електростатичке силе знатно јаче у односу на једноструко наелектрисане јоне у \(\text{LiF}\) и \(\text{NaF}\), што захтева знатно више енергије за раскидање решетке.
а) \(\text{LiF}\) има већу енергију кристалне решетке од \(\text{NaF}\). Оба једињења садрже једноструко наелектрисане јоне, али катјон \(\text{Li}^+\) има мањи јонски полупречник од \(\text{Na}^+\), па су привлачне силе јаче.
б) Највишу температуру топљења има \(\text{MgO}\). Јони \(\text{Mg}^{2+}\) и \(\text{O}^{2-}\) су двоструко наелектрисани, па су електростатичке силе знатно јаче у односу на једноструко наелектрисане јоне у \(\text{LiF}\) и \(\text{NaF}\), што захтева знатно више енергије за раскидање решетке.
