Wiązanie jonowe - Polski Serwis Naukowy

Wiązanie jonowe (inaczej elektrowalencyjne, heteropolarne lub biegunowe) – rodzaj wiązania chemicznego, którego istotą jest elektrostatyczne oddziaływanie między jonami o różnoimiennych ładunkach.

Wiązanie to powstaje najczęściej między metalem a niemetalem. Różnica elektroujemności w skali Paulinga jest większa lub równa 1,7. Największy udział tego rodzaju wiązania można zaobserwować w związkach litowców z fluorowcami. Teoretycznie najsilniejszym wiązaniem jonowym charakteryzuje się fluorek fransu – FrF, gdyż posiada największą różnicę elektroujemności.

Litowce (metale alkaliczne, potasowce) – grupa pierwiastków I grupy układu okresowego (bez wodoru) o silnych własnościach metalicznych, tworzących z wodą silnie zasadowe (alkaliczne) wodorotlenki. Do metali alkalicznych zalicza się lit, sód, potas, rubid, cez i frans.

Jon – atom lub grupa atomów połączonych wiązaniami chemicznymi, która ma niedomiar lub nadmiar elektronów w stosunku do protonów. Obojętne elektrycznie atomy i cząsteczki związków chemicznych posiadają równą liczbę elektronów i protonów, jony zaś są elektrycznie naładowane dodatnio lub ujemnie.

Związki, w których ono występuje, są zdolne do dysocjacji elektrolitycznej, tzn. do rozpadu na wolne jony. Stopy i roztwory związków chemicznych, w których występuje wiązanie jonowe są elektrolitami, tzn. są zdolne do przewodzenia prądu elektrycznego.

W kryształach substancji jonowych, nośniki ładunku (jony) są "więźniami" sieci krystalicznej. W stopionych lub rozpuszczonych kryształach jony są z niej uwolnione i są zdolne przewodzić prąd elektryczny. Trzeba pamiętać, że pojedyncze cząsteczki jonowe występują tylko w stanie gazowym.

Orbital – powierzchnia opisana funkcją falową, będącą rozwiązaniem równania Schrödingera dla szczególnego przypadku układu jednego elektronu znajdującego się na jednej z powłok atomowych lub tworzących wiązanie chemiczne.

Potencjał jonizacyjny (lub energia jonizacji) atomu lub cząsteczki - najmniejsza energia jaką trzeba dostarczyć by oderwać elektron od atomu lub cząsteczki znajdującego się w stanie podstawowym. Używa się określenia pierwszy, drugi, trzeci, n-ty potencjał jonizacyjny oznacza wówczas energię oderwanie n-tego elektronu przy wcześniejszym oderwaniu n - 1 elektronów.

Z formalnego punktu widzenia przyjmuje się, że wiązania jonowe występują między atomami, których różnica elektroujemności jest nie mniejsza niż 1.7 w skali Paulinga. W rzeczywistości jednak nie istnieją czyste wiązania jonowe i każde z nich ma też pewne cechy kowalencyjnego, co powoduje, że granica między tymi dwoma rodzajami wiązań jest bardzo płynna.

Skala Paulinga – powszechnie stosowana skala elektroujemności. Opracowana przez Linusa Carla Paulinga w 1932. Jest to skala empiryczna oparta na doświadczalnych wielkościach termodynamicznych. Miarą różnicy elektroujemności pierwiastków A i B na skali Paulinga jest różnica energii wiązania heterojądrowego A-B i średniej energii homojądrowych wiązań A-A i B-B. Zgodnie z tą skalą największą elektroujemność ma fluor (E = 4), najmniejszą – cez i frans (E = 0,7), pozostałe pierwiastki są umieszczone pomiędzy (np.: Li : 1.0, Be : 1.5, B : 2.0, C : 2.5, N : 3.0, O : 3.5, F : 4.0). Elektroujemność rośnie ze wzrostem liczby atomowej w okresach i maleje w grupach układu okresowego.

Gęstość elektronowa to wielkość, która opisuje prawdopodobieństwo znalezienia elektronu w danym miejscu, czyli gęstości prawdopodobieństwa znalezienia elektronu. W większości cząsteczek, obszary o wysokiej gęstości elektronowej zazwyczaj znajdują się wokół atomów (z maksimami na jądrach atomowych) i na wiązaniach.

W chemii kwantowej przyjmuje się, że wiązanie jonowe ma miejsce wtedy, gdy teoretycznie obliczona energia orbitali molekularnych, przy założeniu, że wiązanie ma jednak charakter kowalencyjny, jest większa od potencjału jonizacyjnego atomu, który jest donorem (dostarczycielem) elektronu dla drugiego atomu. Obliczenia teoretyczne energii takich hipotetycznych orbitali są jednak wysoce dyskusyjne.

Fluorowce (inaczej halogeny) – pierwiastki chemiczne znajdujące się w grupie 17 (dawniej VIIA) układu okresowego - są to fluor, chlor, brom, jod, astat oraz niezsyntezowany jeszcze ununseptium. Nazwa halogeny pochodzi od greckich słów "sól" i "tworzyć".

Wiązanie kowalencyjne (homopolarne, atomowe) to rodzaj wiązania chemicznego. Istotą wiązania kowalencyjnego jest istnienie pary elektronów, które są współdzielone w porównywalnym stopniu przez oba atomy tworzące to wiązanie.

Praktycznie, aby ustalić czy wiązanie jest jonowe czy kowalencyjne, wykonuje się pomiar gęstości elektronowej wokół atomów tworzących wiązanie za pomocą rentgenografii strukturalnej. Jeśli w przestrzeni między atomami występuje obszar, gdzie gęstość elektronowa jest tak mała, że nie da się jej zmierzyć, a zatem chmury elektronowe wokół obu atomów są wyraźnie rozdzielone, to przyjmuje się, że wiązanie ma istotnie charakter jonowy.

Bibliografia

Piotr Chmielewski, Adam Jezierski Słownik szkolny – Chemia, wyd. Europa, Wrocław 2001, ISBN 83-87977-90-X