Kas olete kunagi mõelnud, miks ioonsete ühendite moodustumine on eksotermiline? Kiire vastus on, et tulemuseks ioonne ühend on stabiilsem kui selle moodustanud ioonid. Ioonidest saadav lisaenergia vabaneb soojusena, kui ioonilised sidemed vorm. Kui rohkem kuumus vabaneb reaktsioonist, kui on vaja selle toimumiseks, reaktsioon on eksotermiline.
Mõista ioonse liimimise energiat
Ioonsidemed tekivad kahe aatomi vahel a-ga suur elektronegatiivsuse erinevus üksteise vahel. Tavaliselt on see reaktsioon metallide ja mittemetallide vahel. Aatomid on nii reageerivad, kuna neil pole täielikke valentselektronkehi. Seda tüüpi sideme korral annetatakse ühe aatomi elektron sisuliselt teisele aatomile, et täita selle valentselektroni kest. Aatom, mis "kaotab" oma elektroni sidemes, muutub stabiilsemaks, kuna elektroni annetamine annab kas täidetud või poolenisti täidetud valentskesta. Algne ebastabiilsus on leelismetallide ja leelismuldmetallide jaoks nii suur, et katioonide moodustamiseks välise elektroni (või 2 leelismuldmetalli jaoks) eemaldamiseks on vaja vähe energiat. Halogeenid seevastu võtavad elektronid hõlpsalt vastu anioonide moodustamiseks. Kuigi anioonid on aatomitest stabiilsemad, on veelgi parem, kui kahte tüüpi elemendid saavad oma energiaprobleemi lahendamiseks kokku. See on koht, kus
iooniline toimub sidumine.Mis toimuvast päriselt aru saada, kaaluge naatriumkloriidi (lauasoola) moodustumist naatriumist ja kloorist. Kui võtate naatriummetalli ja kloorgaasi, moodustub sool silmatorkavalt eksotermilises reaktsioonis (nagu ka, ärge proovige seda kodus). tasakaalustatud ioonkeemiline võrrand on:
2 Na (s) + Cl2 (g) → 2 NaCl
NaCl eksisteerib naatriumi- ja klooriioonide kristallvõrena, kus naatriumi aatomi lisaelektron täidab kloori aatomi välimise elektronkesta täitmiseks vajaliku "augu". Nüüd on igal aatomil täielik elektronide oktett. Energia seisukohast on see väga stabiilne konfiguratsioon. Reaktsiooni lähemalt uurides võite segi minna, sest:
Elemendi elektronide kaotus on alati endotermiline (kuna elektroni eemaldamiseks aatomist on vaja energiat.
Na → Na+ + 1 e- AH = 496 kJ / mol
Kui mittemetalli poolt elektroni võimendus on tavaliselt eksotermiline (energia vabaneb siis, kui mittemetall saab täis okteti).
Cl + 1 e- → Cl- AH = -349 kJ / mol
Niisiis, kui teete lihtsalt matemaatikat, näete, et NaCl moodustumine naatriumist ja kloorist nõuab aatomite muutmiseks reaktiivseteks ioonideks tegelikult 147 kJ / mol. Kuid reaktsiooni jälgimisel teame, et netienergia vabaneb. Mis toimub?
Vastus on, et lisaenergia, mis muudab reaktsiooni eksotermiliseks, on võre energia. Naatrium- ja klooriioonide elektrilaengu erinevus põhjustab nende ligimeelitumist ja liikumist üksteise poole. Lõpuks moodustavad vastassuunas laetud ioonid üksteisega ioonsideme. Kõigi ioonide kõige stabiilsem paigutus on kristallvõre. NaCl-võre (võreenergia) purustamiseks on vaja 788 kJ / mol:
NaCl (id) → Na+ + Kl- AHvõre = +788 kJ / mol
Võre moodustamine pöörab entalpia tunnuse ümber, seega ΔH = -788 kJ mooli kohta. Ehkki ioonide moodustamiseks kulub 147 kJ / mol, palju rohkem energia vabaneb võre moodustumisel. Neto entalpia muutus on -641 kJ / mol. Seega on ioonse sideme moodustumine eksotermiline. Võre energia selgitab ka seda, miks ioonilistel ühenditel on tavaliselt väga kõrge sulamistemperatuur.
Polüatomilised ioonid moodustavad sidemeid enam-vähem samal viisil. Erinevus on see, et arvestate aatomite rühma, mis moodustab selle katiooni ja aniooni, mitte iga üksiku aatomi.