Zašto je stvaranje ionskih spojeva egzotermno

Jeste li se ikad zapitali zašto je stvaranje ionskih spojeva egzotermno? Brzi odgovor je da je rezultiralo ionski spoj stabilnija je od iona koji su je tvorili. Dodatna energija iz iona oslobađa se kao toplina kada ionske veze oblik. Kad više toplina oslobađa se reakcije nego što je potrebno da se dogodi, reakcija je egzotermičan.

Ionske veze formiraju se između dva atoma s a velika razlika u elektronegativnosti međusobno. Obično se radi o reakciji između metala i nemetala. Atomi su tako reaktivni jer nemaju kompletne valentne elektronske ljuske. U ovoj vrsti veze, elektron iz jednog atoma se u osnovi donira drugom atomu kako bi se ispunila njegova valentna elektronska ljuska. Atom koji "gubi" svoj elektron u vezi postaje stabilniji jer darivanje elektrona rezultira ili ispunjenom ili napola ispunjenom valentnom školjkom. Početna nestabilnost je toliko velika za alkalne metale i alkalne zemlje da je potrebno malo energije za uklanjanje vanjskog elektrona (ili 2, za alkalne zemlje) da nastanu kationi. S druge strane, halogeni lako prihvaćaju elektrone da tvore anione. Iako su anioni stabilniji od atoma, još je bolje ako se dvije vrste elemenata mogu okupiti kako bi riješile svoj energetski problem. Ovo je gdje

Da biste zaista shvatili što se događa, razmislite o stvaranju natrijevog klorida (kuhinjske soli) iz natrija i klora. Ako uzmete plin od natrijskog metala i klora, sol se formira u spektakularno egzotermnoj reakciji (kao u, nemojte to pokušavati kod kuće). uravnotežena ionska kemijska jednadžba je:

2 Na (s) + Cl₂ (g) → 2 NaCl

NaCl postoji kao kristalna rešetka iona natrija i klora, gdje se dodatni elektron iz natrijevog atoma ispunjava u "rupi" potrebnoj za dovršavanje vanjske elektronske ljuske atoma klora. Sada svaki atom ima kompletan oktet elektrona. Sa energetskog stajališta, to je izuzetno stabilna konfiguracija. Ako pomnije proučite reakciju, mogli biste se zbuniti jer:

Gubitak elektrona iz elementa je uvijek endotermički (jer je potrebna energija za uklanjanje elektrona iz atoma.

Na → Na⁺ + 1 e^- ΔH = 496 kJ / mol

Dok je dobitak elektrona nemetalom obično egzotermičan (energija se oslobađa kada nemetal dobije puni oktet).

Cl + 1 e^- → Cl^- ΔH = -349 kJ / mol

Dakle, ako jednostavno napravite matematiku, možete vidjeti da formiranje NaCl iz natrija i klora zapravo zahtijeva dodavanje 147 kJ / mol da bi se atomi pretvorili u reaktivne ione. Ipak, kako znamo iz promatranja reakcije, oslobađa se neto energija. Što se događa?

Odgovor je da dodatna energija koja reakciju čini egzotermičnom je energija rešetke. Razlika u električnom naboju između natrijevih i klorovih iona uzrokuje da se oni privuku jedni drugima i kreću jedni prema drugima. Na kraju, suprotno nabijeni ioni tvore ionsku vezu jedan s drugim. Najstabilniji raspored svih iona je kristalna rešetka. Za razbijanje rešetke NaCl (energija rešetke) potrebno je 788 kJ / mol:

NaCl (i) → Na⁺ + Cl^- * H_Rešetka = +788 kJ / mol

Formiranje rešetke preokreće znak na entalpiji, pa je ΔH = -788 kJ po molu. Iako je za formiranje jona potrebno 147 kJ / mol, mnogo više energija se oslobađa stvaranjem rešetki. Promjena neto entalpije je -641 kJ / mol. Stoga je stvaranje ionske veze egzotermno. Energija rešetke također objašnjava zašto ionski spojevi imaju izuzetno visoke talište.

Poliatomski ioni formiraju veze na gotovo isti način. Razlika je u tome što uzimate u obzir skupinu atoma koja tvori taj kation i anion nego svaki pojedinačni atom.