الروابط الأيونية والمركبات الأيونية
انظر إلى أعلى الصفحة لتجد عنوان الدرس: الروابط الأيونية والمركبات الأيونية. الفكرة الرئيسة تقوم على تجاذب الأيونات ذات الشحنات المختلفة لتكون مركبات أيونية متعادلة كهربائياً. تذكر أن التفاعل بين فلز ولافلز ينتج عنه انتقال إلكترونات، فتفقد ذرة الفلز إلكتروناً وتصبح أيوناً موجباً، وتكتسب ذرة اللافلز هذا الإلكترون وتصبح أيوناً سالباً، مثل تفاعل الصوديوم مع الكلور لتكوين كلوريد الصوديوم NaCl. المركبات الأيونية الثنائية تتكون من عنصرين مختلفين، أحدهما فلز موجب والآخر لافلزي سالب. انظر إلى الشكل 3-4 الذي يوضح في الجزء a تفاعل الصوديوم وغاز الكلور لإنتاج بلورات صلبة بيضاء، وفي الجزء b اشتعال شريط المغنيسيوم في الهواء لإنتاج أكسيد المغنيسيوم MgO.
تقوم الفكرة الأساسية للروابط الأيونية على تجاذب الأيونات ذات الشحنات المختلفة لتكون مركبات أيونية متعادلة كهربائيا. تنشأ هذه الرابطة نتيجة انتقال الإلكترونات من ذرة فلز إلى ذرة لا فلز، مما ينتج عنه أيون موجب وأيون سالب يتبادلان قوى الجذب الكهروستاتيكية. تتميز المركبات الأيونية بخصائص فيزيائية فريدة كارتفاع درجات الانصهار والغليان، والقدرة على توصيل التيار الكهربائي عند ذوبانها أو انصهارها لتكون إلكتروليتات، إضافة إلى صلابتها وهشاشتها بسبب تنافر الأيونات متشابهة الشحنة عند تعرض البلورة لقوة خارجية. كمثال على ذلك، تفقد ذرة الصوديوم إلكتروناً لتصبح أيوناً موجباً، وتكتسبه ذرة الكلور لتصبح أيوناً سالباً، فيتكون مركب كلوريد الصوديوم NaCl بروابط أيونية قوية وشبكة بلورية منتظمة.
الفكرة الأساسية
تتجاذب الأيونات ذات الشحنات المختلفة لتكون مركبات أيونية متعادلة كهربائيا.
الشرح
تتفاعل عناصر الفلزات مع اللافلزات لتكوين مركبات أيونية عبر انتقال الإلكترونات كلياً من ذرة الفلز إلى ذرة اللافلز. تفقد ذرة الفلز إلكتروناً أو أكثر لتصبح أيوناً موجباً، بينما تستقبل ذرة اللافلز هذه الإلكترونات لتصبح أيوناً سالباً. يسمى التجاذب الكهروستاتيكي بين هذه الأيونات مختلفة الشحنة بالرابطة الأيونية. تتدرج هذه العملية لتشكل شبكة بلورية، وهي ترتيب هندسي ثلاثي الأبعاد يحيط فيه كل أيون موجب بالأيونات السالبة والعكس صحيح، مما يضمن استقرار المركب. تطلق عملية تكوين المركبات الأيونية طاقة دائماً لأن الأيونات المتقاربة تكون أكثر استقراراً وأقل طاقة من الأيونات المنفردة، وتعرف الطاقة اللازمة لفصل أيونات واحد مول من المركب الأيوني بطاقة الشبكة البلورية.
مثال محلول خطوة بخطوة
لتوضيح كيفية تكوين مركب فلوريد الكالسيوم :
- اكتب التوزيع الإلكتروني لذرة الكالسيوم وهو ، وتوزيع ذرة الفلور وهو .
- تلاحظ أن الكالسيوم يحتاج لفقد إلكترونين للوصول إلى التوزيع المستقر، بينما تحتاج كل ذرة فلور لاكتساب إلكترون واحد فقط.
- نظراً لأن عدد الإلكترونات المفقودة يجب أن يساوي المكتسبة، تلزم ذرتا فلور لتوفر المجال لاكتساب الإلكترونين اللذين تفقدهما ذرة كالسيوم واحدة.
- تصبح الشحنة النهائية في المركب مساوقة للصفر عبر الحساب الآتي: .
أخطاء شائعة
- الاعتقاد بأن المركب الأيوني يتكون من جزيئات منفصلة مثل المركبات التساهمية، بينما الصحيح أنه يتكون من شبكة بلورية تحتوي آلاف الأيونات الموجبة والسالبة بنسبة ثابتة.
- الظن بأن المواد الأيونية الصلبة توصل الكهرباء، والصحيح أنها لا توصل الكهرباء في الحالة الصلبة لأن الأيونات مقيدة الحركة، بينما توصلها في حالتي الصهر أو المحلول لأن الأيونات تصبح حرة الحركة وتسمى إلكتروليتات.
سؤالان للتدريب مع الإجابة
- السؤال الأول: وضح كيف يتكون مركب أكسيد الألومنيوم من عنصري الألومنيوم والأكسجين؟ الإجابة: يتطلب تكوين المركب فقد كل ذرة ألومنيوم لثلاثة إلكترونات، واكتساب كل ذرة أكسجين لإلكترونين؛ وبناء على ذلك نحتاج إلى ثلاث ذرات من الأكسجين لتكتسب ستة إلكترونات تفقد من ذرتي ألومنيوم لإنتاج مركب متعادل كهربائيا.
- السؤال الثاني: لماذا تكون طاقة الشبكة البلورية لمركب أكبر بكثير من طاقة الشبكة البلورية لمركب ؟ الإجابة: لأن أيونات المغنيسيوم والأكسجين في تحمل شحنات أكبر مقارنة بشحنات أيونات الصوديوم والفلور في ، وكلما زادت شحنة الأيونات زادت قوة التجاذب وطاقة الشبكة البلورية.