úvod
Sodík je striebristý kov, taký mäkký, že sa dá krájať nožom. Vo vode syčí, behá po hladine a môže sa vznietiť. Chlór je žltozelený jedovatý plyn, ktorý v prvej svetovej vojne zabíjal vojakov v zákopoch. Keď sa tieto dve nebezpečné látky stretnú, vznikne chlorid sodný, teda kuchynská soľ, ktorú denne zjeme v jedle. Ako môže z kovu a jedovatého plynu vzniknúť niečo také neškodné? Atómy sodíka a chlóru si vymenia elektrón a vzniknú ióny, ktoré sa správajú úplne inak ako pôvodné prvky. V tejto lekcii zistíš, ako vzniká iónová väzba a aké vlastnosti dáva látkam.
teória
Kov odovzdá, nekov prijme
Atóm sodíka má jedenásť elektrónov vo vrstvách K2 L8 M1. Jediný elektrón vo vonkajšej vrstve M ľahko odovzdá. Atóm chlóru má sedemnásť elektrónov vo vrstvách K2 L8 M7 a do oktetu mu chýba jeden elektrón. Keď sa stretnú, sodík odovzdá svoj valenčný elektrón chlóru:
Na → Na⁺ + e⁻
Cl + e⁻ → Cl⁻
Vznikne katión sodíka Na⁺ s vrstvami K2 L8, ako má neón, a chloridový anión Cl⁻ s vrstvami K2 L8 M8, ako má argón. Opačne nabité ióny sa navzájom priťahujú. Táto príťažlivosť sa volá iónová väzba. Vzniká medzi kovmi, ktoré elektróny odovzdávajú, a nekovmi, ktoré ich prijímajú. Ako vyzerajú ióny nakreslené s vrstvami, ukazuje aj lekcia Atómové jadro a izotopy. Aký ión tvorí ktorý prvok, si zopakuješ v lekcii Od prvku k zlúčenine.
Rovnako vzniká oxid horečnatý MgO: horčík odovzdá dva elektróny kyslíku a vzniknú ióny Mg²⁺ a O²⁻. Pri fluoride vápenatom CaF₂ odovzdá vápnik po jednom elektróne dvom atómom fluóru, a tak na jeden ión Ca²⁺ pripadajú dva ióny F⁻. Náboje v zlúčenine sa vždy vyrovnajú.
teória
Kryštál chloridu sodného
Ióny Na⁺ a Cl⁻ netvoria dvojice. Každý ión priťahuje všetky ióny s opačným nábojom vo svojom okolí, a tak sa uložia do pravidelného kryštálu. V kryštáli chloridu sodného obklopuje každý ión Na⁺ šesť iónov Cl⁻ a každý ión Cl⁻ šesť iónov Na⁺. Ióny sa pravidelne striedajú vo všetkých troch smeroch a vytvárajú kocky, ktoré uvidíš aj na zrnkách soli pod lupou. V kryštáli preto nie sú molekuly NaCl. Vzorec NaCl udáva len pomer iónov 1 : 1, ako vieš z lekcie Molekuly a chemické vzorce.
vyskúšaj si
Stavebnica iónov: iónová väzba
chlorid sodný NaCl (ΔEN = 2,23)
0 / 0Ťukni na atóm, ktorý odovzdá elektróny.
Hliník s chlórom tu nenájdeš: rozdiel elektronegativít je len 1,55 a chlorid hlinitý AlCl₃ je kovalentná látka, hoci je zložený z kovu a nekovu.
V záložke Iónová väzba vidíš atóm kovu a atóm nekovu s elektrónmi vo vrstvách. Ťukni na atóm, ktorý elektróny odovzdá. Elektróny prejdú na nekov a vzniknú ióny. Potom z nich poskladáš kryštál a odpovieš na otázku o iónovej väzbe. V ďalších záložkách si môžeš vyskúšať, ako z atómov vznikajú ióny a aký ión tvorí ktorý prvok.
V sade pre SŠ pribudnú dvojice CaF₂ a MgCl₂, v ktorých na jeden katión pripadajú dva anióny. Pri každej dvojici je uvedený rozdiel elektronegativít ΔEN, vždy nad 1,7.
teória
Vlastnosti iónových látok
Iónová väzba dáva látkam typické vlastnosti:
- vysoká teplota topenia: ióny sa v kryštáli priťahujú so všetkými susedmi a na ich oddelenie treba veľa energie. Chlorid sodný sa topí pri 801 °C,
- krehkosť: keď sa vrstva iónov posunie o jedno miesto, k sebe sa dostanú ióny s rovnakým nábojom, odpudia sa a kryštál praskne. Preto sa soľ pod kladivom rozdrví, kým kov sa len ohne,
- elektrická vodivosť len v tavenine alebo v roztoku: prúd nesú pohyblivé ióny. V tuhom kryštáli sú ióny na miestach a soľ prúd nevedie. V roztavenej soli alebo vo vodnom roztoku sa ióny pohybujú a prúd vedú. Látky, ktorých roztoky alebo taveniny vedú prúd, sa volajú elektrolyty.
Mnohé iónové látky sa dobre rozpúšťajú vo vode, ako opisuje lekcia Soli. Ako prúd v roztoku soli rozkladá látku, ukazuje pokus Elektrolýza soľného roztoku a lekcia Elektrolýza. Iónové kryštály vznikajú aj pri zrážaní, napríklad žltý jodid olovnatý v pokuse Zlatý dážď: jodid olovnatý, a citlivé kryštáliky bromidu strieborného sú základom pokusu Čiernobiela fotografia.
teória
Určovanie druhu väzby
Či bude väzba kovalentná alebo iónová, sa dá odhadnúť z rozdielu elektronegativít ΔEN, teda z toho, ako veľmi sa atómy líšia v priťahovaní elektrónov:
| rozdiel elektronegativít ΔEN | druh väzby | príklad |
|---|---|---|
| 0 až 0,4 | nepolárna kovalentná | H−H (0), C−H (0,35) |
| 0,4 až 1,7 | polárna kovalentná | H−Cl (0,96), O−H (1,24) |
| nad 1,7 | iónová | KCl (2,34), NaCl (2,23), MgO (2,13) |
Hodnoty elektronegativity nájdeš v periodickej tabuľke a druh väzby si môžeš overiť v kalkulačke v lekcii Elektronegativita. Pod textom si v Počítaj vyskúšaš určovanie druhu väzby na ďalších dvojiciach prvkov.
Hranica 1,7 je len dohoda, nie ostrý predel. Väzba medzi kovom a nekovom je väčšinou iónová, nie vždy. Chlorid hlinitý AlCl₃ má ΔEN len 1,55 a je kovalentná látka: sublimuje už pri asi 180 °C a v pare tvorí molekuly Al₂Cl₆. Malý katión Al³⁺ s veľkým nábojom by si elektróny chlóru totiž pritiahol späť. Výnimky a obmedzenia hranice rozoberá lekcia Elektronegativita.
Energia pri vzniku iónovej väzby
Prečo vzniká NaCl tak ochotne, keď odovzdanie elektrónu energiu stojí? Odtrhnúť elektrón od atómu sodíka stojí 496 kJ/mol (prvá ionizačná energia, lekcia Ionizačná energia). Chlór pri prijatí elektrónu uvoľní 349 kJ/mol. Samotný prenos elektrónu by teda stál 147 kJ/mol. Rozhodne až kryštál: keď sa ióny priblížia a uložia do mriežky, uvoľní sa mriežková energia asi 790 kJ/mol. Tá chýbajúcu energiu bohato vyrovná a celkovo sa pri vzniku chloridu sodného z prvkov veľa energie uvoľní.
Sila iónovej väzby rastie s nábojmi iónov a klesá s ich veľkosťou. Oxid horečnatý MgO má ióny s dvojnásobnými nábojmi, ktoré sú navyše menšie ako Na⁺ a Cl⁻, ako ukazuje lekcia Polomer atómu. Preto sa topí až pri 2 852 °C, kým NaCl pri 801 °C.
rozšírenie Mriežková energia a tehly do pecí
Mriežková energia udáva, koľko energie sa uvoľní, keď sa z jedného mólu voľných iónov v plyne poskladá kryštál. Pre chlorid sodný je to asi 790 kJ/mol, pre oxid horečnatý asi 3 800 kJ/mol, takmer päťkrát viac. Rozdiel spôsobujú dvojnásobné náboje: príťažlivosť medzi Mg²⁺ a O²⁻ je pri rovnakej vzdialenosti štyrikrát väčšia ako medzi Na⁺ a Cl⁻, a ióny sú navyše bližšie pri sebe.
Vďaka tomu je oxid horečnatý jednou z najodolnejších látok voči teplu. Tehly z neho, takzvané magnezitové tehly, vystieľajú vnútro pecí na tavenie ocele a skla, kde teplota prekračuje 1 600 °C. Oxid horečnatý sa vyrába pálením minerálu magnezitu MgCO₃ a Slovensko patrí medzi krajiny s veľkými ložiskami magnezitu, ktorý sa tu ťaží a spracúva už viac ako sto rokov.
teória
Časté chyby
- „Chlorid sodný je jedna molekula NaCl.“ Kryštál soli tvoria ióny Na⁺ a Cl⁻, z ktorých každý má šesť susedov s opačným nábojom. Vzorec NaCl udáva len pomer iónov.
- „Sodík odovzdá elektrón, lebo chce mať oktet.“ Atómy nič nechcú. Odovzdanie elektrónu dokonca energiu stojí, pri vzniku kryštálu z iónov sa však uvoľní oveľa viac energie, a preto reakcia prebehne.
- „Iónové látky vedú prúd vždy.“ Tuhá soľ prúd nevedie, lebo ióny sú v kryštáli na miestach. Vedie len roztavená alebo rozpustená vo vode.
- „Medzi kovom a nekovom je vždy iónová väzba.“ Väčšinou áno, no napríklad AlCl₃ je kovalentná látka. Rozhoduje rozdiel elektronegativít a veľkosť a náboj iónov.
- „Ión Na⁺ má o jeden protón viac.“ Pri vzniku iónu sa mení len počet elektrónov. Na⁺ má stále 11 protónov, ale len 10 elektrónov.
Ako ióny ovplyvňujú polomer atómu, opisuje lekcia Polomer atómu, ako sa ióny pomenúvajú, lekcia Ióny. V ďalšej lekcii spoznáš väzbu, ktorá drží pokope kovy, a väzbu, pri ktorej daruje oba elektróny jediný atóm.