§ 38. Йонні речовини

Зміст

ДІЗНАЄТЕСЯ, ЗРОЗУМІЄТЕ, ВИКОРИСТАЄТЕ

Який хімічний зв’язок називають йонним?

Йонний зв’язок — це взаємодія між протилежно зарядженими йонами, що виникає завдяки електростатичному притяганню.

Як складають формули йонних сполук?

Формули складають за принципом електронейтральності. Сума зарядів усіх катіонів і аніонів у речовині завжди дорівнює нулю.

Які фізичні властивості характерні для речовин йонної будови?

За звичайних умов це тверді кристалічні речовини без запаху з високими температурами плавлення та кипіння. Вони не проводять струм у твердому стані, але стають електропровідними у розплавах або водних розчинах.

У харчовій соді $NaHCO_3$ містяться катіони $Na^+$. Запишіть формулу аніонів, які є в цій речовині.

Аніоном у цій сполуці є гідрогенкарбонат-іон — $HCO_3^-$.

1. У мінералі фенакіті містяться йони $Be^{2+}$ і $SiO_4^{4-}$. Складіть формулу мінералу.

Найменше спільне кратне для зарядів $2+$ і $4-$ дорівнює 4. Тому на один аніон $SiO_4^{4-}$ потрібно два катіони $Be^{2+}$. Формула мінералу — $Be_2SiO_4$.

2. Мінерал апатит містить йони $Ca^{2+}$, $PO_4^{3-}$ і $F^-$. Катіонів $Ca^{2+}$ у речовині в п’ять разів більше, ніж аніонів $F^-$. Складіть формулу мінералу.

Формула апатиту — $Ca_5(PO_4)_3F$. На п’ять катіонів Кальцію (заряд $+10$) припадає три фосфат-іони (заряд $-9$) та один флуорид-іон (заряд $-1$). Сумарний заряд дорівнює нулю ($+10 – 9 – 1 = 0$), що забезпечує електронейтральність.

Спробуйте пояснити відмінність речовин $NaCl$ і $MgO$ за цими властивостями, узявши до уваги матеріал, викладений на початку параграфа, а також наявні в інтернеті відомості про радіуси йонів $Na^+$, $Mg^{2+}$, $Cl^-$ і $O^{2-}$.

Температури плавлення і кипіння $MgO$ вищі, ніж у $NaCl$, через сильніше електростатичне притягання. Йони $Mg^{2+}$ і $O^{2-}$ мають більші заряди ($2+$ і $2-$), ніж $Na^+$ і $Cl^-$ ($1+$ і $1-$). Крім того, їхні радіуси менші, що забезпечує щільніше розміщення та міцнішу кристалічну ґратку.

ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ

Проаналізувавши матеріал, викладений у параграфі, запишіть у зошиті висновки про йонний зв’язок, речовини йонної будови та їхні властивості.

Йонний зв’язок виникає між протилежно зарядженими йонами через перехід електронів від металів до неметалів. Йонні речовини — це тверді кристали з високими температурами плавлення та кипіння. Більшість добре розчиняється у воді. Вони проводять струм лише у розплавах або розчинах, але не у твердому стані.

Сформулюйте цікаве запитання за темою параграфа і поставте його своїм однокласникам / однокласницям. Порівняйте свою і їхні відповіді та оцініть їх. Поясніть, чому ваша оцінка саме така.

Запитання: «Чому йонні речовини у твердому стані не проводять електричний струм, хоча вони складаються із заряджених частинок?»
Відповідь: У кристалах йони жорстко закріплені у вузлах ґратки і не можуть вільно рухатися. Оскільки електричний струм — це напрямлений рух зарядів, провідність з’являється лише тоді, коли йони стають рухливими (при плавленні чи розчиненні).

ВАШІ ДОСЯГНЕННЯ І ВІДКРИТТЯ

ПЕРЕВІРМО СЕБЕ

396. Порівняйте процеси утворення йонного і ковалентного зв’язку.

Йонний зв’язок утворюється через перехід електронів від одного атома до іншого. Виникають різнойменні йони, які притягуються електростатично. Ковалентний зв’язок формується завдяки спільним електронним парам, що належать обом атомам одночасно.

397. Укажіть з-поміж наведених хімічні формули йонних речовин: $CO_2$, $O_2$, $Al_2O_3$, $NH_3$, $Na_2S$, $HCl$, $BaF_2$, $Fe$. Поясніть свій вибір.

Йонні речовини — це $Al_2O_3$, $Na_2S$ і $BaF_2$.
Пояснення: Вони складаються з металічних (Al, Na, Ba) і неметалічних (O, S, F) елементів. Значна різниця їхніх електронегативностей призводить до виникнення йонного зв’язку.

398. Напишіть формули йонів, з яких складаються такі речовини: $ZnO$, $Cr_2O_3$, $CaS$, $Li_3N$, $BaH_2$.

Речовини утворені такими йонами:

• $ZnO$: катіон $Zn^{2+}$ та аніон $O^{2-}$;
• $Cr_2O_3$: катіон $Cr^{3+}$ та аніон $O^{2-}$;
• $CaS$: катіон $Ca^{2+}$ та аніон $S^{2-}$;
• $Li_3N$: катіон $Li^+$ та аніон $N^{3-}$;
• $BaH_2$: катіон $Ba^{2+}$ та аніон $H^-$ (гідрид-іон).

399. Складіть формули сполук, утворених такими йонами: а) $Ag^+$ і $O^{2-}$; б) $Sr^{2+}$ і $OH^-$; в) $Al^{3+}$ і $S^{2-}$; г) $Na^+$ і $PO_4^{3-}$; д) $NH_4^+$ і $SO_4^{2-}$.

За принципом електронейтральності формули такі:
а) $Ag_2O$;
б) $Sr(OH)_2$;
в) $Al_2S_3$;
г) $Na_3PO_4$;
д) $(NH_4)_2SO_4$.

АНАЛІЗУЙМО

400. Яка зі сполук, на вашу думку, має вищу температуру плавлення: а) $Li_2O$ чи $Na_2O$; б) $CaO$ чи $CaF_2$? Відповіді обґрунтуйте і перевірте за відомостями, наявними в інтернеті.

а) Температура плавлення $Li_2O$ вища. Обґрунтування: Радіус йона Літію ($Li^+$) менший за радіус йона Натрію ($Na^+$). Коротка відстань між йонами у ґратці забезпечує сильніше електростатичне притягання.

б) Температура плавлення $CaO$ вища. Обґрунтування: У $CaO$ взаємодіють двозарядні йони ($Ca^{2+}$ і $O^{2-}$), а в $CaF_2$ — двозарядний катіон і однозарядні аніони ($Ca^{2+}$ і $F^-$). Сила притягання залежить від добутку зарядів ($|2 \cdot 2| = 4$ проти $|2 \cdot 1| = 2$), тому енергія ґратки $CaO$ значно більша.

ПОЯСНЮЙМО

401. Чому йонні речовини не мають запаху?

Йонні речовини не мають запаху через міцний зв’язок у кристалічній ґратці, що робить їх нелеткими за звичайних температур. Запах відчувається лише під час випаровування частинок і потрапляння їх на рецептори. Йони ж надійно утримуються в кристалі.

У КОМАНДІ

402. Чи можна назвати пару сполучених йонів (наприклад, $Na^+$ і $Cl^-$) молекулою? Відповідь аргументуйте.

Пару йонів не можна назвати молекулою.
Аргументація: Йонні речовини мають йонну кристалічну будову, а не молекулярну. У кристалі відсутні ізольовані пари йонів. Кожен катіон притягується до сусідніх аніонів, і навпаки (у $NaCl$ один $Na^+$ оточений шістьма $Cl^-$). Поняття «молекула» стосується речовин із ковалентним зв’язком. Для йонних сполук застосовують термін «формульна одиниця».

РОЗВ’ЯЗУЙМО ЗАДАЧУ

403. Обчисліть масові частки йонів у сполуках $Mg_3N_2$ і $Mg(OH)_2$.

1. Сполука $Mg_3N_2$ (магній нітрид):
Молярна маса: $M(Mg_3N_2) = 3 \cdot 24 + 2 \cdot 14 = 72 + 28 = 100$ г/моль.
Масова частка $Mg^{2+}$: $w(Mg^{2+}) = \dfrac{72}{100} = 0{,}72$ (або $72%$).
Масова частка $N^{3-}$: $w(N^{3-}) = \dfrac{28}{100} = 0{,}28$ (або $28%$).

2. Сполука $Mg(OH)_2$ (магній гідроксид):
Молярна маса: $M(Mg(OH)_2) = 24 + 2 \cdot (16 + 1) = 24 + 34 = 58$ г/моль.
Масова частка $Mg^{2+}$: $w(Mg^{2+}) = \dfrac{24}{58} \approx 0{,}414$ (або $41{,}4%$).
Масова частка $OH^-$: $w(OH^-) = \dfrac{34}{58} \approx 0{,}586$ (або $58{,}6%$).

ФОРМУЙМО СЛОВНИЧОК

404. Випишіть ключові слова і словосполучення з тексту параграфа для укладання двомовного словничка.

• Йонний зв’язок — ionic bond
• Йонні сполуки — ionic compounds
• Катіон — cation
• Аніон — anion
• Електростатична взаємодія — electrostatic interaction
• Кристалічні речовини — crystalline substances
• Температура плавлення — melting point
• Електропровідність — electrical conductivity

ОЦІНЮЙМО СВОЇ ЗНАННЯ

405. Створіть у зошиті таблицю оцінювання ваших знань і заповніть її.