Ion bog‘lanish nima

Ion bog‘lanish — kuchli kimyoviy bog‘lanish bo‘lib, u atomlarning elektrmanfiyligi sezilarli farq qilganda yuzaga keladi (farq >1,7; Poling shkalasi bo‘yicha).

Ideal ion bog‘lanish birikmada qarama-qarshi zaryadlangan ionlarning hosil bo‘lishiga mos keladi. Bunda atomlar orasidagi elektron zichligi qayta taqsimlanib, go‘yo elektron(lar) elektrmanfiyligi kichikroq atomdan elektrmanfiyligi kattaroq atomga o‘tadi va natijada kation hamda anion hosil bo‘ladi. Ular orasida elektrostatik tortishish kuchi ta’sir qiladi. Ion bog‘lanishli kimyoviy birikmalarni atomlardan emas, balki ionlardan tashkil topgan deb tasvirlash mumkin. Masalan, Na⁺Cl^–, Cs⁺F^–, Li⁺[AlF₄]^–. Shunday qilib, ion bog‘lanishni qutblangan kovalent bog‘lanishning eng chekka holati deb qarash mumkin. Ushbu bog‘lanish ikki elementli metall va metallmas birikmalariga, shuningdek, boshqa tuzlarga xosdir. Ion bog‘lanish energiyasi va birikmadagi ionlarning o‘zaro joylashuvi ular orasidagi elektrostatik o‘zaro ta’sir bilan belgilanadi. Bunda ionlardagi zaryad taqsimoti sharsimon simmetriyasini yo‘qotib, qo‘shni ionlarning qutblantiruvchi ta’siriga muvofiq yo‘nalgan bo‘ladi. Ion bog‘lanishli birikmalarning aksariyati qattiq agregat holatda bo‘ladi (normal sharoitlarda) .

Amalda mutlaqo ideal ion bog‘lanish mavjud emas. Shu sababli kimyoviy bog‘lanishning ionli xususiyati yoki qutbliligi haqida gapirish to‘g‘riroq bo‘ladi. Bu xususiyatni atomlar orasidagi zaryad ko‘chish darajasi yoki atomlarning effektiv zaryadlari orqali ham ifodalash mumkin. Bu kattaliklar miqdoriy baholanadi. Masalan, L. Poling A va B atomlari orasidagi bog‘lanishning ionlilik darajasini (IC,%) hisoblash uchun quyidagi ifodani taklif etgan:

$IC=(1-e^{-1/4{(\chi _{A}-\chi _{B})}^{2}})\cdot 100\%,$

bu yerda $\chi _{A}$ va $\chi _{B}$ — A va B atomlarining Poling shkalasi bo‘yicha elektrmanfiyligi. Bunga misol sifatida seziy ftoridni CsF keltirish mumkin: undagi ionlilik darajasi 92 % ni tashkil etadi.

Kimyoviy bog‘lanish

Agar kimyoviy bog‘lanish atomlar orasida yuzaga kelsa va ularning elektrmanfiyliklari farqi juda katta bo‘lsa (Poling shkalasi bo‘yicha EM > 1,7), umumiy elektron jufti elektrmanfiyligi yuqoriroq atomga to‘liq o‘tadi. Natijada qarama-qarshi zaryadlangan ionlar hosil bo‘ladi:

{\mathsf {A}}\cdot +\cdot {\mathsf {B}}\to {\mathsf {A}}^{+}[:{\mathsf {B}}^{-}]

Hosil bo‘lgan ionlar orasida elektrostatik tortishish yuzaga keladi; bu ion bog‘lanish deb ataladi. Aniqrog‘i, bu hodisani tushuntirish uchun qulay tasavvurdir. Aslida atomlar orasida sof ion bog‘lanish deyarli hech qachon uchramaydi: odatda bog‘lanish qisman ionli, qisman kovalent xususiyatga ega bo‘ladi. Shu bilan birga, murakkab molekulyar ionlar o‘rtasidagi bog‘lanishni ko‘pincha sof ionli deb hisoblash mumkin. Ion bog‘lanishning boshqa turdagi kimyoviy bog‘lanishlardan eng muhim farqlari uning yo‘nalishga ega emasligi va to‘yinmasligidir. Shu bois ion bog‘lanish hisobiga hosil bo‘lgan kristallarda tegishli ionlar imkon qadar zich joylashishga intiladi.

Xos xususiyat sifatida bunday birikmalarning qutbli erituvchilarda (suv, kislotalar va hokazolarda) yaxshi erishini ko‘rsatish mumkin. Bu molekula qismlarining zaryadlanganligi bilan bog‘liq. Erituvchi dipollari molekulaning zaryadlangan uchlariga tortiladi va Broun harakati ta’sirida modda molekulasini qismlarga ajratib, ularni o‘rab oladi hamda qayta birikishiga yo‘l qo‘ymaydi. Natijada erituvchi dipollari bilan o‘ralgan ionlar hosil bo‘ladi.

Bunday birikmalar eriganda, odatda, energiya ajralib chiqadi, chunki hosil bo‘lgan erituvchi–ion bog‘lanishlarining umumiy energiyasi anion–kation bog‘lanishi energiyasidan yuqori bo‘ladi. Bundan istisno sifatida nitrat kislotaning ko‘plab tuzlari (nitratlar)ni keltirish mumkin: ular eriganda issiqlik yutiladi (eritmalar soviydi). Bu hodisa fizik kimyo qonunlari bilan izohlanadi.

Agar atom bir yoki bir nechta elektronini yo‘qotsa, musbat zaryadlangan ion — kationga (yunoncha «pastga harakatlanuvchi») aylanadi. Vodorod H⁺, litiy Li⁺ va bariy Ba²⁺ kationlari shunday hosil bo‘ladi. Elektron qabul qilgan atomlar esa manfiy zaryadlangan ionlar — anionlarga (yunoncha «yuqoriga harakatlanuvchi») aylanadi. Anionlarga quyidagilar kiradi: ftorid ioni F⁻, sulfid ioni S²⁻ va nitrat ioni NO₃^-.

Ion bog‘lanishning hosil bo‘lishiga misol

Ion bog‘lanishning hosil bo‘lishini natriy xlorid NaCl misolida ko‘rib chiqamiz. Natriy va xlor atomlarining elektron konfiguratsiyasini quyidagicha ifodalash mumkin: ${\mathsf {Na^{11}1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{1}}}$ va ${\mathsf {Cl^{17}1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{5}}}$ . Bu atomlarning tashqi energetik pog‘onalari to‘lmagan. Natriy atomiga tashqi pog‘onasini to‘ldirish uchun yettita elektron qabul qilishdan ko‘ra bitta elektronni berish osonroq; xlor atomiga esa yettita elektronni berishdan ko‘ra bittasini qabul qilish osonroq. Kimyoviy o‘zaro ta’sirda natriy atomi bitta elektronini to‘liq beradi, xlor atomi esa uni qabul qiladi.

Buni sxematik tarzda quyidagicha yozish mumkin:

{\mathsf {Na-e\rightarrow Na^{+}}}

— natriy ioni, ikkinchi energetik pog‘ona hisobiga hosil bo‘lgan barqaror sakkiz elektronli qobiq (

{\mathsf {Na^{+}1s^{2}2s^{2}2p^{6}}}

).

{\mathsf {Cl+e\rightarrow Cl^{-}}}

— xlor ioni, barqaror sakkiz elektronli qobiq.

${\mathsf {Na^{+}}}$ va ${\mathsf {Cl^{-}}}$ ionlari orasida elektrostatik tortishish kuchlari yuzaga keladi va natijada birikma hosil bo‘ladi.

Ideal kristall modeli

Natriy xloridning kubsimon kristallida (NaCl) har bir Na atomi 6 ta Cl atomi bilan o‘ralgan bo‘ladi. Shu sababli tegishli potensial energiya $-6ke^{2}/r\,,$ bu yerda r — atomlar orasidagi masofa, e — elektron zaryadi, k — Kulon doimiysi. Xlor ionlaridan keyin joylashgan musbat zaryadlangan natriy ionlari (ularning soni 12 ta) markaziy iondan itariladi va bu ta’sir keyingi ionlar uchun ham davom etadi. Umumiy holda tortishish potensialini quyidagicha yozish mumkin:

U_{attr}=-\alpha k{\frac {e^{2}}{r}}\,,

bu yerda α — Madelung doimiysi. Natriy xlorid uchun α=1,7476. Pauli taqiqlash prinsipi tufayli ionlar orasida qo‘shimcha itarilish yuzaga keladi va umumiy potensialni quyidagicha yozish mumkin:

U_{t}=-\alpha k{\frac {e^{2}}{r}}+{\frac {B}{r^{m}}}\,,

bu yerda B va m≈10 — ionlarning turiga bog‘liq doimiylar. Bu potensial minimumga ega bo‘lib, uning minimumdagi mutlaq qiymati ionli kogeziya energiyasi deb ataladi. Bu ionlarni cheksiz uzoq masofaga ajratish uchun zarur energiyadir. Natriy xloridda u 7,84 eV/ion yoki 760 kJ/mol ga teng. Atomlar uchun kogeziya energiyasini hisoblashda ionlarning neytrallanishini ham inobatga olish kerak.

Adabiyotlar

Kimyo ensiklopediyasi : 5 jildda / I. L. Knunyans tahriri ostida. — M. : Sovet ensiklopediyasi, 1990. — Jild 2. — 671 b. — ISBN 5-85270-008-8.
Servey, R.; Mozes, C.; Moyer, C. Zamonaviy fizika (ingliz tilida). — 3-nashr. — Thomson Brooks Cole, 2005. — 682 b. — ISBN 0534493394.