LEGATURA IONICA (ELECTROVALENTA)

LEGATURA IONICA (ELECTROVALENTA)

1. Teoria lui K ssel (1916)

Conform acestei teorii, atomii tind sa piarda sau sa castige electroni pentru a capata o structura electronica stabila de tip gaz rar, iar ionii formati se atrag pe baza legii lui Coulomb formand combinatii ionice. Elementele ai caror atomi cedeaza electronii de valenta, devenind ioni pozitivi, sunt situate in partea stanga a sistemului periodic, in primele grupe (metale alcaline etc.). Ele au elctronegativitati mici si prezinta un potential de ionizare mic. Elementele cu electronegativitati mari ai caror atomi primesc electroni devenind ioni negativi se gasesc in partea dreapta a sistemului (nemetalele-halogenii).

Exemplificand formarea legaturii ionice la NaCl, se poate arata ca are loc transferul unui electron de la Na la Cl urmat de atractia electrostatica dintre ionii de Na⁺ si Cl^- formati:

Na 1e Na⁺

Cl + 1e Cl

Na⁺ + Cl Na⁺Cl

Valenta ionilor in cazul combinatiilor ionice este data de numarul de electroni cedati sau acceptati de atomul neutru.

Legatura ionica nu este o legatura rigida, fiecare ion pozitiv este inconjurat de ioni negativi si invers. Pozitia ionilor unii fata de altii nu este fixa. In stare topita sau in solutii, ionii se misca liber, independenti. In stare solida ei sunt asezati in mod regulat formand retele cristaline ionice. La aceste substante nu se poate vorbi de molecule ci de perechi de ioni (NaCl prezinta si in stare gazoasa perechi de ioni).

Combinatiile ionice se deosebesc de alte tipuri de combinatii prin proprietatile lor. Sunt substante solide, au punctul de topire ridicat (NaCl se topeste la 801^oC) si conduc curentul electric in topitura si solutie deoarece in aceste conditii se desfac in ioni. De aceea, substantele ionice se mai numesc si electroliti.

Ionii sunt in general mai stabili decat atomii din care provin. Stabilitatea scade insa pe masura ce creste diferenta dintre numarul sarcinilor nucleare (Z) si numarul de electroni din invelis. De aceea, cei mai stabili sunt ionii pozitivi monovalenti, apoi, mai putin stabili sunt ionii di- si respectiv trivalenti, iar ionii tetravalenti, acolo unde exista, sunt cei mai instabili. Dintre ionii negativi cei mai stabili sunt ionii monovalenti in timp ce ionii bi- si trivalenti nu se gasesc decat in stare solida.

Conceptia lui Kossel a ramas valabila si azi fiind confirmata de numeroase date experimentale.

Tinand seama de tendinta atomilor de a ceda, respectiv a primi electroni pentru a forma configuratii stabile, se poate generaliza si prezenta urmatoarea ordine descrescatoare a stabilitatii ionilor formati in functie de configuratia lor electronica:

1s² ns² np⁶ ns² ns² np⁶ nd¹⁰

(He) (Gaz rar) (Dublet) (18 electroni)

De exemplu Li⁺(1s²) cel mai stabil, apoi Na⁺(He, 2s²2p⁶), sau Cl^-( Ne, 3s²3p⁶), urmeaza Sn²⁺( Kr, 5s²4d¹⁰) sau Pb²⁺( Xe, 6s²5d¹⁰4f¹⁴) cu configuratie de dublet pe ultimul strat si in sfarsit Ag⁺( Kr, 4d¹⁰) sau Cu⁺( Ar, 3d¹⁰) cu configuratie de 18 electroni, in care celor 10 electroni 4d respectiv 3d li se adauga cei 8 electroni 4s² 4p⁶ respectiv 3s² 3p⁶.

Principalii factori care determina natura legaturii chimice in general si deci a legaturii ionice sunt: energia de ionizare, afinitatea pentru electroni, dimensiunea si valenta ionilor precum si polarizabilitatea lor, adica proprietatea ionilor de a-si deforma invelisul electronic sub influenta sarcinilor de semn opus.

Energia de ionizare a atomilor (sau potentialul de ionizare) exprimata in electroni volti eV/atom sau electron, a fost definita ca fiind energia ce se consuma pentru scoaterea din atom a unuia sau mai multor electroni. Aceasta marime determinata cu precizie prin metode spectroscopice, scade in grupe de sus in jos pe cand sarcina nucleara a atomilor, respectiv numarul atomic Z, creste. Cu unele exceptii explicate prin structura electronica a atomilor, energia de ionizare creste in perioade, cele mai mari valori gasindu-se la gazele rare.

Afinitatea pentru electroni reprezinta energia care se degaja cand atomul unui element primeste un electron in stratul sau de valenta, devenind ion negativ. Masuratorile arata ca cele mai mari afinitati le au halogenii, iar metalele alcaline nu au afinitate pentru electroni.

Fiecare ion considerat ca o sfera, prezinta un camp electrostatic, repartizat uniform in toate directiile spatiului. Energia de interactiune electrostatica intre ioni pentru formarea unei perechi de ioni de tipul Na⁺Cl^- este data de relatia:

(2.1)

in care e este sarcina electrica elementara, iar r distanta dintre cen-trele ionilor. Daca razele relative ale ionilor, deci dimensiunile acestora, sunt mai mici atractia dintre ioni va fi mai mare.

Din relatia de mai sus rezulta ca numarul sarcinilor electrice ale ionilor poate influenta favorabil energia de legatura sau energia de retea in cazul substantelor ionice in stare cristalina.

Substantele cu legatura ionica prezinta mare importanta in chimia analitica, deoarece toate reactiile care au loc in analiza calitativa si cantitativa (volumetrica si gravimetrica) se bazeaza pe reactii intre ioni.