Ionska vez: definicija, nastanek in primer (NaCl)

Ionska vez je elektrostatična sila privlačnosti med nekovinskim in kovinskim ionom v velikanski ionski kristalnimreži. Nastane, ko se nabiti atomi (ioni) privlačijo. To se zgodi, ko kovinski atom izgubi enega ali več svojih elektronov na račun nekovinskega atoma. Večja kot je razlika v naboju med kovinskim in nekovinskim ionom, močnejša je ionska vez. Pri tem se lahko prenesejo največ trije elektroni (pogosto gre pri glavnih skupinah za prenos 1–3 elektronov).

Kako nastane

Kovinski atom postane pozitiven kation, ker izgubi elektron(e). Nekovinski atom postane negativen anion, ker pridobi elektron(e). Nastali ioni se zaradi nasprotnih nabojev med seboj močno privlačijo in se uredijo v prostorsko ponavljajočo se strukturo — ionsko kristalno rešetko. Stabilnost takšne vezi je posledica kombinacije energetske bilance: strošek ionizacije kovinskega atoma in energija pridobljena z vezavo elektrona (elektronska afiniteta nekovinskega atoma) ter velika izpraznina energije, imenovana lattice energy (energija rešetke), ki jo sprosti tvorba kristala.

Primer: NaCl (navadna kuhinjska sol)

Dobro ponazoritev ionske vezi daje spojina NaCl. Ko se natrij in klor združita, natrijevi atomi (Na) oksidirajo in izgubijo elektron, tako da nastanejo pozitivno nabiti natrijevi ioni (Na ⁺). Klorovi atomi pridobijo elektrone od natrijevih atomov in tvorijo negativno nabite kloridne ione (Cl ^-). Oba iona sta nasprotno nabita in ju držijo močne elektrostatične sile privlačnosti. V kristalu NaCl sta iona razporejena v pravilno tridimenzionalno rešetko (tipično fcc — face centered cubic), pri čemer ima vsak ion koordinacijsko število 6 (šest najbližjih nasprotno nabitih sosedov) in razmerje Na:Cl = 1:1.

Lastnosti ionskih spojin

Visoke tališča in vrelišča: zaradi močne privlačnosti med ioni je potrebna velika energija za razbijanje rešetke.
Trdnost in krhkost: kristali so trdi, a so lahko krhki — ob udarcu se plasti ionov poravnajo tako, da se enaki naboji približajo in se kristal zlomijo.
Električna prevodnost: v trdnem stanju ioni ne morejo prosto potovati, zato snov ne prevaja elektrike; ko je taljena ali raztopljena v vodi, se ioni premikajo in prevodnost se pojavi.
Topnost: mnoge ionske spojine so topne v polarnih topilih (npr. voda), saj polarno topilo stabilizira proste ione.
Barva in optične lastnosti: nekatere ionske spojine vsebujejo barvne ione (prehodni kovinski ioni) in imajo značilne barve.

Energija in stopnja ionskosti

Moč ionske vezi je v veliki meri opisana z Coulombovim zakonom — energija privlačnosti je sorazmerna produktu nabojev ionov in obratno sorazmerna razdalji med njimi. Večja naboja in manjša ionska polmera povečata energijo rešetke. Zato imajo na primer MgO ali Na2O zelo visoka tališča (Mg²⁺/O^2- in Na⁺/O^2-) v primerjavi z NaCl.

Meje in prehodi

Ionska vez ni vedno povsem “čista” — obstaja kontinuum med ionsko in kovalentno vezjo. Polarnost vezi in delna kovalentnost sta odvisni od ionizacijskega potenciala kovinskega elementa ter polarizabilnosti aniona. Fajansova pravila opisujejo, kdaj bo ionska vez imela več kovalentnega značaja: majhen, močno nabit kation in velik, polarizabilen anion povečata polarizacijo in tako delno kovalentno obnašanje.

Zaključek

Ionska vez je temeljna vrsta kemične vezi v anorganski kemiji, odgovorna za lastnosti številnih spojin (soli). Razumevanje nastanka ionov, energije rešetke in lastnosti kristalov omogoča napovedovanje obnašanja ionskih snovi — npr. topnosti, prevodnosti in trdnosti — ter razlikovanje med bolj ionskimi in bolj kovalentnimi spojinami.

Značilnosti ionskih vezi

Tridimenzionalna ionska struktura, imenovana orjaška ionska kristalna mreža.
Ionske spojine so topne v vodi, saj ioni tvorijo ugodne interakcije z molekulami vode, ki sprostijo dovolj energije, da se odcepijo od rešetke.

V trdnem stanju ne prevajajo elektrike. V tekočem stanju ali raztopljeni v vodi pa dobro prevajajo elektriko, saj se ioni lahko prosto gibljejo in prenašajo naboj.
V nasprotju z značilnostmi kovalentnih vezi.
Včasih, če nimata prostega valenčnega elektrona, ki bi ustvaril popolno lupino, se en elektron obnaša kot dva in se vrti v obliki osmice okoli obeh atomov.
Ionske vezi so na splošno veliko šibkejše od kovalentnih.
Ionske spojine imajo visoko temperaturo tališča/ vrenja zaradi močnih elektrostatičnih sil privlačnosti, za premagovanje katerih je potrebna velika količina toplotne energije.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je ionska vez?

O: Ionska vez je elektrostatična sila privlačnosti med nekovinskim in kovinskim ionom v velikanski ionski kristalni mreži.

V: Kako nastane ionska vez?

O: Ionska vez nastane, ko se nabiti atomi (ioni) privlačijo. To se zgodi, ko kovinski atom izgubi enega ali več svojih elektronov na račun nekovinskega atoma.

V: Zaradi česa je ionska vez močnejša?

O: Čim večja je razlika v naboju med kovinskim in nekovinskim ionom, tem močnejša je ionska vez.

V: Koliko elektronov se lahko prenese med procesom ionske vezi?

O: Pri tem se lahko prenesejo največ trije elektroni.

V: Kaj se zgodi z atomom kovine med ionsko vezjo?

O: Kovinski atom postane pozitiven kation, ker izgubi elektron(e).

V: Kaj se zgodi z nekovinskim atomom med ionsko vezjo?

O: Nekovinski atom postane negativen anion, ker pridobi elektron(e).

V: Ali lahko opišete primer ionske vezi?

O: Primer ionske vezi je, ko se natrij in klor združita v navadno kuhinjsko sol, NaCl. Natrijevi atomi (Na) najprej oksidirajo in izgubijo elektron, tako da nastanejo pozitivno nabiti natrijevi ioni (Na+). Klorovi atomi pridobijo elektrone od natrijevih atomov in tvorijo negativno nabite kloridne ione (Cl-). Oba iona sta zdaj nasprotno nabita in ju držijo močne elektrostatične sile privlačnosti.