IONISCHE BINDING: KENMERKEN, HOE DEZE WORDT GEVORMD EN VOORBEELDEN - CHEMIE

De ionische binding is een soort chemische binding waarbij er een elektrostatische aantrekkingskracht is tussen tegengesteld geladen ionen. Dat wil zeggen, een positief geladen ion vormt een binding met een negatief geladen ion en brengt elektronen over van het ene atoom naar het andere.

Dit type chemische binding treedt op wanneer valentie-elektronen van het ene atoom permanent worden overgebracht naar een ander atoom. Het atoom dat elektronen verliest, wordt een kation (positief geladen), en degene die elektronen wint, wordt een anion (negatief geladen).

Voorbeeld van een ionische binding: natriumfluoride. Natrium verliest één valentie-elektron en geeft het af aan fluor. Wdcf

Ionische binding concept

De ionische binding is er een waardoor elektrisch geladen deeltjes, ionen genaamd, op elkaar inwerken om ionische vaste stoffen en vloeistoffen te veroorzaken. Deze binding is het product van elektrostatische interacties tussen honderden miljoenen ionen, en is niet beperkt tot slechts een paar ervan; dat wil zeggen, het gaat verder dan de aantrekkingskracht tussen een positieve lading en een negatieve lading.

Denk bijvoorbeeld aan de ionische verbinding natriumchloride, NaCl, beter bekend als keukenzout. In NaCl overheerst de ionische binding, dus deze is samengesteld uit Na ⁺ en Cl ^- ionen . Na ⁺ is het positieve ion of kation, terwijl Cl ^- (chloride) het negatieve ion of anion is.

De Na + en Cl-ionen in natriumchloride worden bij elkaar gehouden door ionische binding. Bron: Eyal Bairey via Wikipedia.

Zowel Na ⁺ als Cl ^- worden aangetrokken door tegengestelde elektrische ladingen. De afstanden tussen deze ionen zorgen ervoor dat anderen dichter bij elkaar kunnen komen, zodat NaCl-paren en -paren verschijnen. De Na ⁺ kationen zullen elkaar afstoten omdat ze van gelijke lading zijn, en hetzelfde gebeurt met elkaar met de Cl ^- anionen .

Er komt een tijd dat miljoenen Na ⁺ en Cl ^- ionen erin slagen zich te verenigen, te verenigen, om een zo stabiel mogelijke structuur te creëren; een bepaald door ionische binding (bovenste afbeelding). Na ⁺ kationen zijn kleiner dan Cl ^- anionen vanwege de toenemende effectieve kernkracht van hun kern op externe elektronen.

Ionische binding van NaCl. Rhannosh / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

De ionbinding wordt gekenmerkt door het tot stand brengen van geordende structuren waarbij de afstand tussen de ionen (Na ⁺ en Cl ^- in het geval van NaCl) klein is in vergelijking met die van andere vaste stoffen. We spreken dus van een ionische kristallijne structuur.

Hoe wordt een ionische binding gevormd?

De ionische binding vindt alleen plaats als er een verdeling van elektronen optreedt waardoor de ladingen van de ionen ontstaan. Dit type binding kan nooit ontstaan tussen neutrale deeltjes. Er moeten noodzakelijkerwijs kationen en anionen zijn. Maar waar komen ze vandaan?

Ionische binding illustratie. a) Natrium heeft een netto negatieve lading. b) Natrium geeft een elektron af aan chloor. Natrium blijft met een netto positieve lading en chloor met een netto negatieve lading, waardoor de ionische binding ontstaat. Dit type binding tussen miljoenen Na- en Cl-atomen geeft aanleiding tot het fysieke zout. OpenStax College / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

Er zijn veel routes waardoor ionen ontstaan, maar in wezen zijn er veel gebaseerd op een oxidatiereductiereactie. De meeste anorganische ionische verbindingen bestaan uit een metalen element gebonden aan een niet-metalen element (die in het p-blok van het periodiek systeem).

Het metaal moet oxideren, elektronen verliezen om een kation te worden. Aan de andere kant wordt het niet-metalen element gereduceerd, verkrijgt het deze elektronen en wordt het een anion. De volgende afbeelding illustreert dit punt voor de vorming van NaCl uit natrium- en chlooratomen:

Vorming van een ionische binding. Bron: Shafei op Arabische Wikipedia / publiek domein

Het Na-atoom schenkt een van zijn valentie-elektronen aan Cl. Wanneer deze verdeling van elektronen plaatsvindt, worden de Na ⁺ en Cl ^- ionen gevormd , die elkaar onmiddellijk en elektrostatisch beginnen aan te trekken.

Daarom wordt gezegd dat Na ⁺ en Cl ^- geen enkel elektronenpaar delen, in tegenstelling tot wat zou kunnen worden verwacht voor een hypothetische covalente Na-Cl-binding.

Ionische bindingseigenschappen

De ionische binding is niet-directioneel, dat wil zeggen dat de kracht niet in een enkele richting aanwezig is, maar zich door de ruimte verspreidt als functie van de afstanden die de ionen scheiden. Dit feit is belangrijk omdat het betekent dat de ionen sterk gebonden zijn, wat verschillende fysische eigenschappen van ionische vaste stoffen verklaart.

Smeltpunt

De ionische binding zorgt ervoor dat het zout smelt bij een temperatuur van 801 ºC. Deze temperatuur is aanzienlijk hoog in vergelijking met de smeltpunten van verschillende metalen.

Dit komt omdat NaCl voldoende warmte moet absorberen om zijn ionen vrij uit zijn kristallen te laten stromen; dat wil zeggen, de aantrekkingskracht tussen Na ⁺ en Cl ^- moet worden overwonnen .

Kookpunt

De smelt- en kookpunten van ionische verbindingen zijn bijzonder hoog vanwege hun sterke elektrostatische interacties: hun ionische binding. Omdat deze binding echter veel ionen omvat, wordt dit gedrag meestal eerder toegeschreven aan intermoleculaire krachten en niet goed aan ionische binding.

In het geval van zout wordt, zodra het NaCl is gesmolten, een vloeistof verkregen die is samengesteld uit dezelfde oorspronkelijke ionen; alleen nu bewegen ze vrijer. De ionische binding is nog steeds aanwezig. De Na ⁺ en Cl ^- ionen ontmoeten elkaar aan het oppervlak van de vloeistof en creëren een hoge oppervlaktespanning, waardoor wordt voorkomen dat ionen ontsnappen in de gasfase.

Daarom moet het gesmolten zout zijn temperatuur nog meer verhogen om te koken. Het kookpunt van NaCl is 1465 ° C. Bij deze temperatuur overschrijdt de warmte de aantrekkingskracht tussen Na ⁺ en Cl ^- in de vloeistof, dus NaCl-dampen beginnen zich te vormen met een druk die gelijk is aan atmosferische druk.

Elektronegativiteit

Eerder werd gezegd dat de ionische binding wordt gevormd tussen een metalen element en een niet-metalen element. Kortom: tussen een metaal en een niet-metaal. Dit is gewoonlijk het geval met betrekking tot anorganische ionische verbindingen; vooral die van het binaire type, zoals NaCl.

Om een verdeling van elektronen (Na ⁺ Cl ^- ) te laten plaatsvinden en geen verdeling (Na-Cl), moet er een groot verschil in elektronegativiteit zijn tussen de twee atomen. Anders zou er geen ionische binding tussen de twee zijn. Mogelijk komen de Na en Cl dichter bij elkaar, werken ze samen, maar onmiddellijk 'neemt' Cl, vanwege zijn hogere elektronegativiteit, een elektron van Na.

Dit scenario is echter alleen van toepassing op binaire verbindingen, MX, zoals NaCl. Voor andere zouten of ionische verbindingen zijn hun vormingsprocessen ingewikkelder en kunnen ze niet worden benaderd vanuit een puur atomair of moleculair perspectief.

Soorten

Er zijn geen verschillende soorten ionische bindingen, aangezien het elektrostatische fenomeen puur fysisch is, en alleen de manier waarop de ionen interageren, of het aantal atomen dat ze bezitten, varieert; dat wil zeggen als het mono-atomaire of polyatomische ionen zijn. Evenzo brengt elk element of elke verbinding een kenmerkend ion voort dat de aard van de verbinding bepaalt.

In de voorbeeldensectie zullen we op dit punt ingaan, en het zal duidelijk zijn dat de ionische binding in wezen hetzelfde is in alle verbindingen. Wanneer hieraan niet wordt voldaan, wordt er gezegd dat de ionische binding een bepaald covalent karakter heeft, wat het geval is bij veel overgangsmetaalzouten, waar de anionen coördineren met de kationen; bijvoorbeeld FeCl ₃ (Fe ³⁺ -Cl ^- ).

Voorbeelden van ionische bindingen

Verschillende ionische verbindingen worden hieronder vermeld en hun ionen en verhoudingen worden gemarkeerd:

- Magnesium chloride

MgCl ₂ , (Mg ²⁺ Cl ^- ), in een 1: 2 verhouding (Mg ²⁺ : 2 Cl ^- )

- Kaliumfluoride

KF, (K ⁺ F ^- ), in een verhouding van 1: 1 (K ⁺ : F ^- )

- Natriumsulfide

Na ₂ S, (Na ⁺ S ^2- ), in een 2: 1-verhouding (2Na ⁺ : S ^2- )

- Lithohydroxide

LiOH, (Li ⁺ OH ^- ), in een verhouding van 1: 1 (Li ⁺ : OH ^- )

- Calciumfluoride

CaF ₂ , (Ca ²⁺ F ^- ), in een 1: 2 verhouding (Ca ²⁺ : 2F ^- )

- Natriumcarbonaat

Na ₂ CO ₃ , (Na ⁺ CO ₃^2- ), in een 2: 1 verhouding (2Na ⁺ : CO ₃^2- )

- Calciumcarbonaat

CaCO ₃ , (Ca ²⁺ CO ₃^2- ), in een 1: 1 verhouding (Ca ²⁺ : CO ₃^2- )

- Kaliumpermanganaat

KMnO ₄ , (K ⁺ MnO ₄^- ), in een 1: 1 verhouding (K ⁺ : MnO ₄^- )

- Kopersulfaat

CuSO ₄ , (Cu ²⁺ SO ₄^2- ), in een 1: 1 verhouding (Cu ²⁺ : SO ₄^2- )

- Bariumhydroxide

Ba (OH) ₂ , (Ba ²⁺ OH ^- ), in een 1: 2 verhouding (Ba ²⁺ : OH ^- )

- Aluminiumbromide

AlBr ₃ , (Al ³⁺ Br ^- ), in een 1: 3 verhouding (Al ³⁺ : 3Br ^- )

- IJzer (III) oxide

Fe ₂ O ₃ , (Fe ³⁺ O ^2- ), in een 2: 3 verhouding (2Fe ³⁺ : 3O ^2- )

- Strontiumoxide

SrO, (Sr ²⁺ O ^2- ), in een verhouding van 1: 1 (Sr ²⁺ : O ^2- )

- Zilverchloride

AgCl, (Ag ⁺ Cl ^- ), in een verhouding van 1: 1 (Ag ⁺ : Cl ^- )

- Anderen

-CH ₃ COONa, (CH ₃ COO ^- Na ⁺ ), in een 1: 1 verhouding (CH ₃ COO ^- : Na ⁺ )

- NH ₄ I, (NH ₄⁺ I ^- ), in een 1: 1 verhouding (NH ₄⁺ : I ^- )

Elk van deze verbindingen heeft een ionische binding waarbij miljoenen ionen, die overeenkomen met hun chemische formules, elektrostatisch worden aangetrokken en een vaste stof vormen. Hoe groter de omvang van de ionische ladingen, hoe sterker de elektrostatische aantrekkingskracht en afstoting.

Daarom neigt een ionische binding sterker te zijn naarmate de ladingen op de ionen waaruit de verbinding bestaat groter zijn.

Opgeloste oefeningen

Hier zijn enkele oefeningen die de basiskennis van ionische binding in praktijk brengen.

- Oefening 1

Welke van de volgende verbindingen is ionisch? De opties zijn: HF, H ₂ O, NaH, H ₂ S, NH ₃ en MgO.

Een ionische verbinding moet per definitie een ionische binding hebben. Hoe groter het elektronegativiteitsverschil tussen de samenstellende elementen, hoe groter het ionische karakter van de binding.

Daarom zijn de opties die geen metalen element hebben in principe uitgesloten: HF, H ₂ O, H ₂ S en NH ₃ . Al deze verbindingen bestaan alleen uit niet-metalen elementen. Het NH ₄⁺ -kation is een uitzondering op deze regel, aangezien het geen metalen bevat.

De overige opties zijn NaH en MgO, waarbij de metalen Na en Mg respectievelijk zijn bevestigd aan niet-metalen elementen. NaH (Na ⁺ H ^- ) en MgO (Mg ²⁺ O ^2- ) zijn ionische verbindingen.

- Oefening 2

Beschouw de volgende hypothetische verbinding: Ag (NH ₄ ) ₂ CO ₃ I. Wat zijn de ionen en in welke verhouding worden ze aangetroffen in de vaste stof?

Als we de verbinding in zijn ionen ontleden, hebben we: Ag ⁺ , NH ₄⁺ , CO ₃^2- en I ^- . Deze worden elektrostatisch samengevoegd volgens de verhouding 1: 2: 1: 1 (Ag ⁺ : 2NH ₄⁺ : CO ₃^2- : I ^- ). Dit betekent dat de hoeveelheid NH ₄⁺ -kationen het dubbele is van die van Ag ⁺ , CO ₃^2- en I ^- ionen .

- Oefening 3

KBr is samengesteld uit K ⁺ en Br ^- ionen , met een grootte van lading. Dan heeft CaS de Ca ²⁺ en S ² -ionen , met ladingen van dubbele grootte, dus men zou kunnen denken dat de ionische binding in CaS sterker is dan in KBr; en ook sterker dan Na ₂ SO ₄ , aangezien de laatste is samengesteld uit Na ⁺ en SO ₄^2- ionen .

Zowel CaS als CuO kunnen een even sterke ionbinding hebben, omdat ze beide ionen bevatten met ladingen van dubbele grootte. Vervolgens hebben we AlPO ₄ , met Al ³⁺ en PO ₄^3- ionen . Deze ionen hebben ladingen van drievoudige magnitude, dus de ionbinding in AlPO ₄ zou sterker moeten zijn dan in alle voorgaande opties.

En tot slot hebben we de winnaar Pb ₃ P ₄ , want als we aannemen dat het uit ionen bestaat, worden deze Pb ⁴⁺ en P ^3- . Hun ladingen hebben de hoogste magnitudes; en daarom is Pb ₃ P ₄ de verbinding die waarschijnlijk de sterkste ionische binding heeft.

Referenties

Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemie (8e ed.). CENGAGE Leren.
Shiver & Atkins. (2008). Anorganische scheikunde . (Vierde druk). Mc Graw Hill.
Wikipedia. (2020). Ionische binding. Hersteld van: en.wikipedia.org
Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11 februari 2020). Ionische versus covalente obligaties - Begrijp het verschil. Hersteld van: thoughtco.com
De redactie van Encyclopaedia Britannica. (31 januari 2020). Ionbinding. Encyclopædia Britannica. Hersteld van: britannica.com
Chemicool Dictionary. (2017). Definitie van ionische binding. Hersteld van: chemicool.com

IONISCHE BINDING: KENMERKEN, HOE DEZE WORDT GEVORMD EN VOORBEELDEN - CHEMIE - 2026