Miért exoterm az ionos vegyületek képződése?

Gondolkozott már azon azon, hogy miért exoterm az ionos vegyületek képződése? A gyors válasz az, hogy a kapott ionos vegyület stabilabb, mint az azt alkotó ionok. Az ionokból származó extra energia hőként szabadul fel, amikor ionos kötések forma. Mikor több hőség felszabadul a reakcióból, mint ahhoz szükség van, hogy megtörténjen; hőtermelő.

Ionos kötés két atom között alakul ki a nagy elektronegativitási különbség egymás között. Általában ez a fémek és a nem fémek közötti reakció. Az atomok annyira reaktívak, mert nincsenek teljes valencia elektronhéjukkal. Az ilyen típusú kötésben az egyik atomból származó elektron lényegében a másik atomhoz adódik, hogy kitöltse valencia elektronhéját. Az atom, amely "elveszti" elektronját a kötésben, stabilabbá válik, mivel az elektron adományozása megtöltött vagy félig kitöltött valenciahéjat eredményez. A kezdeti instabilitás olyan nagy az alkálifémek és az alkáliföldfémek esetében, hogy kevés energiára van szükség a külső elektron eltávolításához (vagy 2 az alkáliföldfémekhez) kationok kialakításához. A halogének viszont könnyen elfogadják az elektronokat, hogy anionokat képezzenek. Míg az anionok stabilabbak, mint az atomok, még jobb, ha a két típusú elem összekapcsolódik az energiaprobléma megoldása érdekében. Ez az, ahol

Ha valóban megérti, mi folyik, fontolja meg a nátrium-klorid (asztali só) képződését nátriumból és klórból. Ha nátrium-fém- és klórgázt veszünk, akkor a só látványosan exoterm reakcióban alakul ki (mint ahogy, ne próbáld ezt otthon). Az kiegyensúlyozott ion kémiai egyenlet jelentése:

2 Na (s) + Cl₂ (g) → 2 NaCl

A NaCl nátrium- és klórionok kristályrácsaként létezik, ahol a nátrium-atomból származó extra elektron kitölti a klóratom külső elektronhéjának kitöltéséhez szükséges „lyukat”. Mindegyik atomnak teljes elektron-oktettje van. Energia szempontjából ez egy nagyon stabil konfiguráció. A reakció részletesebb megvizsgálásával összezavarodhat az alábbiak miatt:

Az elektron vesztesége egy elemnél mindig endoterm (mert energiára van szükség az elektron eltávolításához az atomból.

Na → Na⁺ + 1 e^- ΔH = 496 kJ / mol

Míg egy nem fémes elektron nyeresége általában exoterm (az energia felszabadul, amikor a nem fémből teljes oktett nyer).

Cl + 1 e^- → Cl^- ΔH = -349 kJ / mol

Tehát, ha egyszerűen elvégzi a matematikát, láthatja, hogy a nátrium-klorid nátriumból és klórból képződik, és valójában 147 kJ / mol hozzáadást igényel ahhoz, hogy az atomok reaktív ionokká alakuljanak. A reakció megfigyeléséből azonban tudjuk, hogy a nettó energia felszabadul. Mi történik?

A válasz az, hogy a reakciót exotermussé tevő extra energia a rács energia. A nátrium- és klórionok elektromos töltésének különbsége miatt vonzzák egymást, és egymás felé mozognak. Végül az ellenkezőleg töltött ionok ionos kötést képeznek egymással. Az összes ion legstabilabb elrendezése a kristályrács. A NaCl rács (a rács energia) megbontásához 788 kJ / mol szükséges:

NaCl (ek) → Na⁺ + Cl^- AH_rács = +788 kJ / mol

A rács kialakítása megfordítja a jelet az entalpián, így ΔH = -788 kJ / mol. Tehát, annak ellenére, hogy 147 kJ / mol szükséges az ionok képződése, sokkal több az energia felszabadul a rácsképződéssel. A nettó entalpia változás -641 kJ / mol. Így az ionos kötés kialakulása exoterm. A rács energiája megmagyarázza azt is, hogy az ionos vegyületek miért válnak rendkívül magas olvadásponttal.

A poliaatomikus ionok kötéseket képeznek ugyanúgy. A különbség az, hogy az egyes atomok helyett az atomok azon csoportját vesszük figyelembe, amely ezt a kationt és anionot képezi.