2. Теория ионной связи
Согласно теории ионной связи, самой устойчивой электронной конфигурацией атома является такая, при которой во внешнем электронном слое находится 8 или 2 электрона (подобно благородным газам). Довольно устойчивы также атомы, внешнего слоя, который содержит 18 электронов.
Во время химических реакций атомы стремятся приобрести наиболее устойчивую электронную конфигурацию. Это достигается в результате присоединения электронов атомов других элементов или отдачи электронов из внешнего слоя другим атомам.
Атомы, отдавшие часть электронов, приобретают положительный заряд и становятся положительно заряженными ионами. Атомы, присоединившие электроны, превращаются в отрицательно заряженные ионы. Разноименно заряженные ионы удерживаются друг около друга силами электростатического притяжения.
В качестве примера соединения с ионной связью рассмотрим хлорид натрия. Образование этого соединения схематически можно представить следующим образом. Атом натрия, имея электронную конфигурацию 1s22s22р63s1, легко отдает 3s-электрон, так как имеет низкую (493 кДж/моль) энергию ионизации. При этом атом натрия приобретает устойчивую электронную конфигурацию из 8 электронов 2s22р6, характерную для благородных газов:
Nа = Nа+ + е—.
Электронной конфигурации атома хлора 1s22s22р63s23р5 до устойчивого состояния не хватает 1 электрона. Вследствие большого сродства к электрону (365 кДж/моль) атом хлора легко присоединяет 1 электрон. Во внешнем слое при этом возникает устойчивая электронная конфигурация 3s23р6:
Сl + е— = Сl—.
Разноименно заряженные ионы натрия и хлора, возникающие в результате перехода электрона от атома натрия к атому хлора, взаимно притягиваются и образуют хлорид натрия — соединение ионного типа:
Nа+ + С1— = Nа+Cl—.
Молекулы, образованные из противоположно заряженных ионов называют ионными молекулами, а химическую связь в таких молекулах — ионной связью.
Ионная связь не имеет определенной пространственной направленности, так как электрическое поле иона обладает сферической симметрией и одинаково убывает с расстоянием в любом направлении. Поэтому взаимодействие ионов не зависит от направления. Создаваемое ионами в окружающем пространстве электрическое поле тем сильнее, чем выше заряд иона и меньше его радиус.
Вследствие сферической симметрии электрического поля иона 2 разноименных иона, притянувшись друг к другу, сохраняют способность электростатически взаимодействовать с другими ионами. Именно поэтому данный ион может координировать вокруг себя еще некоторое число ионов противоположного знака.
Указанные свойства ионной связи обусловливают способность ионных молекул соединяться друг с другом. В газообразном состоянии ионные соединения находятся в виде отдельных неассоциированных молекул, так как при высоких температурах кинетическая энергия молекул превышает энергию их взаимного притяжения.
Ионные молекулы существуют в тех находящихся в газообразном состоянии веществах, которые при охлаждении образуют геометрически правильные структуры, составляющие основу кристалла. Так, кристалл хлорида натрия представляет собой сочетание огромного множества ионов Nа+ и С1—, определенным образом ориентированных друг относительно друга.
Из кристалла невозможно выделить определенную молекулу. Поэтому применение к подобным соединениям понятия "молекула" является условным и им пользуются, чтобы показать состав и количественное соотношение ионов в соединении. Каждый ион Nа+ окружен шестью ионами С1—, а каждый ион Сl— в свою очередь — 6 ионами Na+. Число атомов или ионов, окружающих атом или ион в кристалле, называют координационным числом. В кристалле хлорида натрия координационное число для ионов натрия и хлора равно 6.
