Kāpēc jonu savienojumu veidošanās ir eksotermiska

Vai esat kādreiz domājis, kāpēc jonu savienojumu veidošanās ir eksotermiska? Ātrā atbilde ir, ka rezultātā jonu savienojums ir stabilāks nekā joni, kas to veidoja. Papildus jonu enerģija tiek atbrīvota kā siltums, kad jonu saites forma. Kad vairāk karstums tiek atbrīvots no reakcijas, nekā nepieciešams, lai tā notiktu, reakcija ir eksotermisks.

Jonu saites veidojas starp diviem atomiem ar liela elektronegativitātes starpība savā starpā. Parasti tā ir reakcija starp metāliem un metāliem. Atomi ir tik reaktīvi, jo tiem nav pilnīgas valences elektronu čaulas. Šāda veida saitēs elektrons no viena atoma būtībā tiek ziedots otram atomam, lai aizpildītu tā valences elektronu apvalku. Atoms, kas "zaudē" savu elektronu saitē, kļūst stabilāks, jo, ziedojot elektronu, rodas vai nu piepildīts, vai daļēji piepildīts valences apvalks. Sākotnējā nestabilitāte sārmajiem metāliem un sārmzemēm ir tik liela, ka ir nepieciešams maz enerģijas, lai noņemtu ārējo elektronu (vai 2 - sārmzemēm) katjonu veidošanai. Savukārt halogēni viegli pieņem elektronus, veidojot anjonus. Kaut arī anjoni ir stabilāki nekā atomi, vēl labāk, ja abi elementu veidi var saiet kopā, lai atrisinātu viņu enerģijas problēmu. Šajā vietā

Lai patiešām saprastu, kas notiek, apsveriet nātrija hlorīda (galda sāls) veidošanos no nātrija un hlora. Ja jūs lietojat nātrija metālu un hlora gāzi, sāls veidojas iespaidīgi eksotermiskā reakcijā (kā tas ir, nemēģiniet to mājās). līdzsvarots jonu ķīmiskais vienādojums ir:

2 Na (s) + Cl₂ (g) → 2 NaCl

NaCl pastāv kā nātrija un hlora jonu kristāla režģis, kur papildu elektrons no nātrija atoma aizpilda "caurumu", kas nepieciešams, lai pabeigtu hlora atoma ārējo elektronu apvalku. Tagad katram atomam ir pilns elektronu oktets. No enerģijas viedokļa šī ir ļoti stabila konfigurācija. Izpētot reakciju rūpīgāk, jūs varētu sajaukt, jo:

Elektrona zudumi no elementa vienmēr ir endotermiska (jo enerģija ir nepieciešama, lai noņemtu elektronu no atoma.

Na → Na⁺ + 1 e^- ΔH = 496 kJ / mol

Kaut arī nemetāla iegūtais elektrons parasti ir eksotermisks (enerģija tiek atbrīvota, kad nemetāls iegūst pilnu oktetu).

Cl + 1 e^- → Cl^- ΔH = -349 kJ / mol

Tātad, ja jūs vienkārši veicat matemātiku, var redzēt, ka NaCl veidojas no nātrija un hlora, lai atomus pārvērstu reaktīvos jonos, ir jāpievieno 147 kJ / mol. Tomēr, novērojot reakciju, tīrā enerģija tiek atbrīvota. Kas notiek?

Atbilde ir, ka papildu enerģija, kas reakciju padara eksotermisku, ir režģa enerģija. Nātrija un hlora jonu elektriskā lādiņa atšķirības izraisa to pievilināšanu vienam pret otru un pārvietošanos viens pret otru. Galu galā pretēji uzlādētie joni veido jonu saiti viens ar otru. Visu jonu visstabilākais izvietojums ir kristāla režģis. NaCl režģa (režģa enerģijas) sadalīšanai nepieciešami 788 kJ / mol:

NaCl (s) → Na⁺ + Cl^- ΔH_režģis = +788 kJ / mol

Veidojot režģi, apgriežas entalpijas zīme, tātad ΔH = -788 kJ uz mola. Tātad, kaut arī jonu veidošanai nepieciešams 147 kJ / mol, daudz vairāk enerģija tiek atbrīvota, veidojot režģi. Neto entalpijas izmaiņas ir -641 kJ / mol. Tādējādi jonu saites veidošanās ir eksotermiska. Lattice enerģija izskaidro arī to, kāpēc jonu savienojumiem parasti ir ārkārtīgi augsta kušanas temperatūra.

Pioatomie joni veido saites vienādi. Atšķirība ir tā, ka jūs uzskatāt atomu grupu, kas veido šo katjonu un anjonu, nevis katru atsevišķo atomu.