האם תהית אי פעם מדוע היווצרותם של תרכובות יוניות אקסותרמיות? התשובה המהירה היא שהתוצאה סריג יוני הוא יציב יותר מהיונים שהקימו אותו. האנרגיה הנוספת מהיונים משתחררת כחום כאשר קשרים יוניים טופס. כאשר יותר חום משתחרר מתגובה ממה שנדרש כדי שזה יקרה, התגובה היא אקסותרמי.
להבין את האנרגיה של מליטה אירונית
קשרים יוניים נוצרים בין שני אטומים עם א ההבדל האלקטרוניטיבי הגדול בין אחד לשני. בדרך כלל זו תגובה בין מתכות ללא מתכות. האטומים כל כך מגיבים מכיוון שאין להם פגזי אלקטרונים מלאי ערך. בסוג זה של קשר, אלקטרון מאטום אחד נתרם למעשה לאטום השני כדי למלא את מעטפת האלקטרון שלו. האטום ש"מאבד "את האלקטרון שלו בקשר הופך להיות יציב יותר מכיוון שתורמת האלקטרון מביאה למעטפת Valence מלאה או חצי מלאה. חוסר היציבות הראשונית הוא כה גדול עבור מתכות אלקליות ועפרות אלקליין, עד כי מעט אנרגיה נדרשת כדי להסיר את האלקטרון החיצוני (או 2, עבור האדמות הבסיסיות) ליצירת קטיונים. ההלוגנים לעומת זאת מקבלים בקלות את האלקטרונים ליצירת אניונים. בעוד שהאניונים יציבים יותר מהאטומים, עדיף אפילו אם שני סוגי היסודות יוכלו להיפגש כדי לפתור את בעיית האנרגיה שלהם. זה איפה יונית מליטה מתרחשת.
כדי להבין באמת מה קורה, שקול היווצרות של נתרן כלורי (מלח שולחני) מנתרן וכלור. אם אתם לוקחים גז נתרן ומתכת כלור, מלח נוצר בתגובה אקסותרמית מרהיבה (כמו, אל תנסו זאת בבית). ה משוואה כימית יונית מאוזנת הוא:
2 Na (ים) + Cl2 (ז) → 2 NaCl (ים)
NaCl קיים כשור גביש של יוני נתרן וכלור, כאשר האלקטרון הנוסף מאטום נתרן ממלא את "החור" הדרוש להשלמת מעטפת האלקטרונים החיצונית של אטום כלור. כעת, לכל אטום שמונה אלקטרונים שלמה. מבחינה אנרגטית, זוהי תצורה יציבה ביותר. אם בוחנים את התגובה מקרוב, אתה עלול להתבלבל בגלל:
אובדן האלקטרון מאלמנט הוא תמיד אנדותרמי (מכיוון שנדרשת אנרגיה בכדי להוציא את האלקטרון מהאטום.
Na → Na+ + 1 ה- ΔH = 496 kJ / mol
בעוד שהרווח של אלקטרון על ידי לא מתכתי הוא בדרך כלל אקסותרמי (אנרגיה משתחררת כאשר הלא מתכתי משיגה שמינייה מלאה).
Cl + 1 e- → Cl- ΔH = -349 kJ / mol
לכן, אם אתם פשוט מבצעים את המתמטיקה, תוכלו לראות שיוצרים NaCl מנתרן וכלור למעשה דורש תוספת של 147 kJ / mol על מנת להפוך את האטומים ליונים תגוביים. עם זאת אנו יודעים מההתבוננות בתגובה, אנרגיה נטו משתחררת. מה קורה?
התשובה היא שהאנרגיה הנוספת שהופכת את התגובה לאקוטרמית היא אנרגיית הסריג. ההבדל במטען החשמלי בין יוני הנתרן והכלור גורם להם להימשך אחד לשני ולעבור זה לזה. בסופו של דבר היונים הטעונים בניגוד יוצרים קשר יוני זה עם זה. הסידור היציב ביותר מבין כל היונים הוא סריג קריסטל. כדי לשבור את סריג NaCl (אנרגיית הסריג) דורש 788 kJ / mol:
NaCl (ים) → Na+ + Cl- ΔHסריג = +788 kJ / mol
יצירת הסריג הופכת את הסימן באנטלפיה, כך ΔH = -788 kJ לשומה. לכן, למרות שנדרשים 147 ק"ג / מול כדי ליצור את היונים, הרבה יותר אנרגיה משתחררת על ידי היווצרות סריג. השינוי באנטלפיה נטו הוא -641 kJ / mol. לפיכך, היווצרות הקשר היוני הינה אקסותרמית. אנרגיית הסריג מסבירה גם מדוע תרכובות יוניות נוטות לקבל נקודות התכה גבוהות במיוחד.
יוני פוליטומי יוצרים קשרים באותה צורה. ההבדל הוא שאתה מחשיב את קבוצת האטומים שיוצרים את הקטיון והאניון ולא את כל האטום הבודד.