De ce formarea compușilor ionici este exotermică
Share
V-ați întrebat vreodată de ce formarea compușilor ionici este exotermică? Răspunsul rapid este că compusul ionic rezultat este mai stabil decât ionii care l-au format. Energia suplimentară din ioni este eliberată sub formă de căldură atunci când se formează legături ionice. Când se eliberează mai multă căldură dintr-o reacție decât este nevoie pentru ca aceasta să se întâmple, reacția este exotermică.
Înțelegeți energia legării ionice
Legăturile ionice se formează între doi atomi cu o mare diferență de electronegativitate între ei. De obicei, aceasta este o reacție între metale și nemetale. Atomii sunt atât de reactivi pentru că nu au cochilii electronice de valență complete. În acest tip de legătură, un electron dintr-un atom este donat în esență celuilalt atom pentru a-și umple învelișul de electroni de valență. Atomul care își „pierde” electronul în legătură devine mai stabil deoarece donarea electronului are ca rezultat o cochilie de valență umplută sau pe jumătate umplută. Instabilitatea inițială este atât de mare pentru metalele alcaline și pământurile alcaline, încât este necesară puțină energie pentru a îndepărta electronul exterior (sau 2, pentru pământurile alcaline) pentru a forma cationi. Pe de altă parte, halogenii acceptă cu ușurință electronii pentru a forma anioni. În timp ce anionii sunt mai stabili decât atomii, este și mai bine dacă cele două tipuri de elemente se pot reuni pentru a-și rezolva problema energetică. Aici se produce legătura ionică.
Pentru a înțelege cu adevărat ce se întâmplă, luați în considerare formarea clorurii de sodiu (sare de masă) din sodiu și clor. Dacă luați sodiu metal și clor gaz, sarea se formează într-o reacție exotermă spectaculos (ca în caz, nu încercați acest lucru acasă). Ecuația chimică ionică echilibrată este:
2 Na (s) + Cl2 (g) → 2 NaCl (e)
NaCl există ca o rețea de cristal de ioni de sodiu și clor, în care electronul suplimentar dintr-un atom de sodiu se umple "gaura" necesară pentru a completa capota electronică exterioară a unui atom de clor. Acum, fiecare atom are un octet complet de electroni. Din punct de vedere energetic, aceasta este o configurație foarte stabilă. Examinând reacția mai îndeaproape, s-ar putea să vă confundați deoarece:
Pierderea unui electron dintr-un element este întotdeauna endotermic (deoarece energia este necesară pentru a scoate electronul din atom.
Na → Na+ + 1 e- ΔH = 496 kJ / mol
În timp ce câștigul unui electron de către un nonmetal este de obicei exotermic (energia este eliberată atunci când nemetalul câștigă un octet complet).
Cl + 1 e- → Cl- ΔH = -349 kJ / mol
Deci, dacă faceți pur și simplu matematica, puteți vedea formarea NaCl din sodiu și clor necesită de fapt adăugarea de 147 kJ / mol pentru a transforma atomii în ioni reactivi. Cu toate acestea, din observarea reacției știm, energia netă este eliberată. Ce se întâmplă?
Răspunsul este că energia suplimentară care face ca reacția să fie exotermă este energia de zăpadă. Diferența de sarcină electrică dintre ionii de sodiu și clor face ca aceștia să fie atrași unul de celălalt și să se deplaseze unul spre celălalt. În cele din urmă, ionii încărcați opus formează o legătură ionică unul cu celălalt. Cea mai stabilă dispunere a tuturor ionilor este o rețea de cristal. Pentru a sparge zăcământul NaCl (energia de zăbrele) este nevoie de 788 kJ / mol:
NaCl (e) → Na+ + CI- AHzăbrele = +788 kJ / mol
Formarea zăbrelei inversează semnul pe entalpie, deci ΔH = -788 kJ pe aluniță. Deci, chiar dacă este nevoie de 147 kJ / mol pentru a forma ionii, mult mai mult energia este eliberată prin formarea de zăbrele. Modificarea netă a entalpiei este de -641 kJ / mol. Astfel, formarea legăturii ionice este exotermică. Energia din zăbrele explică, de asemenea, de ce compușii ionici tind să aibă puncte de topire extrem de mari.
Ionii poliatomici formează legături în același mod. Diferența este că luați în considerare grupul de atomi care formează acel cation și anion, mai degrabă decât fiecare atom individual.
