jonska veza
Kada supstance međusobno reaguju, njihovi atomi prime, otpuste ili dijele elektrone, tako da svaki atom ostvari stabilnu vanjsku ljusku, onu koja se nalazi najdalje od jezgra atoma. Ovu stabilnu konfiguraciju od 8 elektrona zovemo oktet. Izuzetak od pravila okteta je helijum, koji u vanjskoj ljusci ima 2 elektrona, te hidrogen (vodonik, vodik), čiji atom nastoji postići elektronsku konfiguraciju kao kod helijuma.
Joni su električno nabijene čestice koje nastanu kada atom otpusti ili primi elektron stvarajući tako stabilnu vanjsku ljusku. Kationi su pozitivno naelektrisani joni, a anioni su negativno naelektrisani joni i međusobno se privlače.
Dakle, privlače se joni suprotnih naelektrisanja, baš kao što se privlače magneti suprotnih polova.
Zbog te privlačnosti joni suprotnih naelektrisanja ostaju zajedno. Takvo vezivanje nazivamo jonsko vezivanje, a takav tip veze zovemo jonska veza. Jonskom vezom elementi sa suprotnih krajeva periodnog sistema – metali i nemetali – grade jonske spojeve. Dakle, bitno je primijetiti da tu ne nastaje prava veza, nego se joni samo privlače svojim nabojima.
Šta to zaista znači za svijet oko nas?
U 1A grupi periodnog se nalazi metal natrijum. U 7A tj. 17. grupi nalazi se hlor. Atomi natrijuma i hlora grade kuhinjsku so, koja se naučno zove natrijum hlorid. Atomu natrijuma je lakše da izgubi jedan elektron i postane kation sa stabilnom vanjskom ljuskom, dok je atomu hlora lakše da primi jedan elektron i postane anion kako bi imao stabilnu vanjsku ljusku.
Tako nastali kation natrijuma i anion hlora se međusobno privlače jer se pozitivni i negativni naboj privlače. Formula kuhinjske soli je NaCl, jer postoji jednak broj kationa natrijuma i aniona hlora koji se privlače.
Međutim, NaCl ne predstavlja jedinicu molekule kuhinjske soli. U stvarnosti jedinjenja koja imaju jonsku vezu jesu strukture koje su sastavljene od aniona i kationa poredanih po nekoj pravilnoj shemi koja se ponavlja.
Tu pravilnu strukturu mi vidimo kao kristal. Zapravo, formula NaCl više govori o odnosu jona natrijuma i hlora u jonskom jedinjenju kuhinjska so – to je najmanji cijelobrojni odnos ovih jona u kuhinjskoj soli. Dakle, na 1 Na+ dolazi 1 Cl- a sama formula predstavlja relativne brojeve svakog jona u kristalnoj rešetci. Između jona natrijuma i hlora ne postoji nikakva fizička veza, nego samo privlačenje naboja.
Još jednom trebamo upamtiti da je formula kuhinjske soli NaCl, a ne nipošto NaCl2 ili NaCl3 i to zato što je natrijum pozitivno jednovalentan, a hlor negativno jednovalentan.
Međutim, kada bismo morali napisati formulu magnezijum-hlorida, što je jonsko jedinjenje magnezijuma i hlora, formula ne bi bila MgCl. Magnezijum se nalazi u 2A grupi Periodnog što znači da ima 2 elektrona u zadnjoj ljusci te mu je lakše otpustiti ta dva elektrona i postići oktet te time postati pozitivno dvovalentan, Mg2+. Hlor je uvijek negativno jednovalentan, pa tako i ovdje, lakše mu je primiti jedan elektron i postati anion Cl-
Međutim, atom hlora može primiti samo jedan elektron, a atom magnezijuma daje dva elektrona. To znači da je potreban još jedan atom hlora koji će primiti onaj drugi elektron od magnezijuma. Znači, u ovom jonskom jedinjenju, na jedan atom magnezijuma dođu 2 atoma hlora. Ili, još tačnije, na jedan kation magnezijuma dođu dva aniona hlora.
Ako bismo željeli napisati formulu ovog jedinjenja bez da crtamo atome, dovoljno je da ispred sebe imamo periodni i znamo valencije. Napisaćemo MgCl, pa ćemo iznad magnezija stavit +2, a iznad hlora -1. Zajednički nazivnik za 2 i 1 je 2. dva u dva ide jednom, dakle, u indeksu tj. desnom donjem uglu kod simbola magnezijuma ne pišemo ništa dok 1 u dva ide 2X, pa u indeksu pored hlora pišemo 2. Tako smo dobili da je formula magnezijum hlorida MgCl2.
Ako je željezo u željezo hloridu pozitivno trovalentno, onda je formula ovog jedinjena FeCl3.
Međutim, mi znamo da se kuhinjska so topi u vodi. To je zbog toga što tada slabe elektrostatske veze između aniona i kationa u kristalnoj rešetci i joni postaju slobodni. Jonski spojevi su uglavnom dobro topivi u vodi zbog toga.
Međutim, jonske veze nisu baš slabe – ovi spojevi imaju visoke tačke topljenja i ključanja jer su veze u spoju jake, pa je potrebno dovesti veću količinu energije da razbije ove sile privlačenja. Kada stavite kristale kuhinjske soli na vruću ringlu, oni se neće istopiti kao što bi se istopili kristali šećera, zar ne? Međutim, dovoljno je da u so dodamo vodu i voda će nadjačati elektrostatske sile privlačenja između aniona i kationa u kuhinjskoj soli.
Kuhinjska so ne provodi struju međutim, vodena otopina kuhinjske soli ili so rastaljena na visokoj temperaturi od 801 oC će provoditi električnu struju, jer se u otopini i u rastaljenoj kuhinjskoj soli joni nalaze slobodni. Kažemo da je u vodenoj otopini kuhinjske soli došlo do jonizacije. U ovoj vodenoj otopini voda je rastvarač, a samu smjesu nazivamo rastvor.
