ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Вещества ионного типа и металлы из "Современная общая химия Часть 1" Большую часть веществ, упоминавшихся в гл. 15, хМОжно считать состоящими из электрически нейтральных молекул, в которых связывающие электроны заполняют все низколежащие орбитали и локализованы между парами атомов, лишь немного отличающихся по относительной электроотрицательности. Нейтральные молекулы удерживаются вместе вандерваальсовыми силами. Если же разность относительных электроотрицательностей у соединяющихся между собой атомов велика, то образующиеся из них соединения состоят из ионов, а основными силами взаимодействия между ионами являются кулоновские силы притяжения или отталкивания. Такие вещества называются ионными. Электроны в них в высшей степени локализованы и редко переходят от одного иона к другому. [c.481] Примером противоположного предельного случая — с полной делокализацией электронов — являются металлы. Металлы образуются при соединении атомов, обладающих избытком свободных орбиталей и мало отличающихся по электроотрицательности. Возникающие при таких условиях системы обычно содержат большое число весьма делокализованных электронов. [c.481] Обнаруживаемые в жидкостях ионы могут быть одноатомными, как, например, положителыные ионы большинства металлов групп IA, ИА и П1А периодической системы, а также простые ионы галогенов (элементов группы УПА). Одноатомные ионы 0 и могут существовать в некоторых расплавах при высоких температурах. Однако больш1ая часть известных ионов относится к многоатомным. В начальных курсах химии чаще всего приходится иметь дело с нитрат-ионом N0,, карбонат-ионом С0 , перхлорат-ионом IO4, сульфат-ионом S0 , хромат-ионом СгО , гидроксил-ионом ОН , фосфат-ионом Р0 и ионом аммония NH4. В гл. 12 мы уже обсуждали возможные состояния (по крайней мере, в водных растворах) часто встречающегося иона водорода. В других жидкостях, как и в водных растворах, простые ионы Н+ не существуют в сколько-нибудь значительных концентрациях. [c.482] Перечисленные ионы образуют также большую часть ионных кристаллов, которые рассматриваются в этом курсе. Следует хорошо запомнить названия и формулы этих ионов, и в этом отношении очень полезно обращаться к периодической системе. [c.482] Симметрия ионов может быть весьма разнообразной. Одноатомные ионы в большинстве случаев обладают сферической симметрией нитрат- и карбонат-ионы общей формулы XY представляют собой плоские треугольники сульфат-, хромат-, фосфат-, перхлорат-ионы, а также ион аммония общей формулы XY имеют тетраэдрическое строение. Ионы гидроксила, разумеется, линейны. [c.482] Структура каждого иона обусловливает характерное для него пространственное распределение окружающего электрического поля, и вследствие этого сила взаимодействия иона с другими молекулами неодинакова в различных направлениях. Однако здесь будут рассмотрены лишь сферически симметричные ионы. Тем не менее все полученные выводы нетрудно распространить на ионы более низкой симметрии, по крайней мере качественно. Симметрию ионов почти всегда можно предсказать на основании правила Джиллеспи. [c.482] По-видимому, для хлористого калия должны выполняться те же соотношения, что и для Na l. При низких температурах в газе преобладают молекулы КС1 (г), образованные преимущественно парами ионов. При высоких температурах должна происходить их диссоциация на атомы К (г) и С1 (г), а не на ионы. Вследствие этого газообразный КС1 при любых температурах должен плохо проводить электрический ток. [c.485] Постоянная М, вычисленная впервые для многих типов кристаллов Маделунгом , зависит лишь от расположения ионов в кристалле, определяемого экспериментальным путем. В табл. 16.1 приведены значения М для ряда наиболее распространенных кубических структур. [c.485] Результаты расчетов по уравнению (16.3) с использованием данных о постоянных Маделунга, экспериментальных значений с1. [c.485] Следует, впрочем, отметить, что все обсуждавшиеся до сих пор ионы состоят из атомов с полностью занятыми орбиталями. Некоторые. многоатохмные ионы испытывают дополнительную стабилизацию вследствие резонанса. При рассмотрении кристаллов плн жидкостей, в которых могут содержаться ионы с не полностью занятыми орбиталями, появляются дополнительные проблемы. Так, напрпмер, представления о ионной связи, включающей лишь кулоновские взаимодействия, не позволяют правильно описать свойства треххлористого железа РеСЬ и соединений многих других элементов, расположенных в средней части периодической системы (где часто встречаются ато.мы с не полностью занятыми -орбиталями). [c.487] Чтобы лучше разобраться в химических реакциях и силах, действующих в кристаллах, можно мысленно разделить такие реакции на отдельные стадии, для каждой из которых известна ее энергия. Согласно первому закону термодинамики, изменение знергии систе.мы не зависит от механизма, или пути, по которому осуществляется конкретное превращение. Поэтому сумма энергий отдельных реакций должна совпадать с энергией суммарной реакции, проходящей через рассматриваемые стадии. [c.487] Реакции 1, 2 и 3 эндотермичны, а реакции 4. 5 и 6 экзотермич-иы. Энергия реакции 6 представляет собой сумму энергий реакций 1—5. Все эти соотношения между энергиями отдельных стадий и суммарной реакции схематически изображены на рис. 16.3. [c.488] В табл. 16.2 указаны энергии отдельных стадий цикла Борна—Габера для некоторых галогенидов щелочных металлов. Там же приведены энергии кристаллов и олч, вычисленные по уравнению (16.3). Близкое соответсгвие между результатами расчетов, выполненных двумя независимыми методами, лншнии раз убеждает нас в том, что мы правильно представляем себе природу ионной связи. [c.490] Размер такой пустоты, или дырки, между соприкасающимися сферами зависит от числа сфер, окружающих дырку, а также от их диаметра. Однако отношение радиуса дырки к радиусу окружающих сфер не зависит от размера сфер. Большие сферы, соприкасаясь между собой, образуют большие дырии, а сферы меньшего размера при таком же типе упаковки образуют меньшие дырки, как это изображено на рис. 16.5. [c.492] Из табл. 16.3 видно, что отношение радиуса дырки к радиусу окружающих сфер зависит от числа окружающих сфер и типа их упаковки. [c.492] Координационные числа некоторых катионов в окружении ионов кислорода и их зависимость от отношения ионных радиусов. [c.494] Металлы отличаются такими характерными макроскопическими свойствами, как блеск, ковкость, а также электропроводность и теплопроводность. Тщательные Структурные исследования показывают, что большинству металлов в кристаллическом и жидком состояниях присущи высокие координационные числа — 8 и больше (см. рис. 5.3). Предполагаемая модель металла изображена на рис. 15.14. Экспериментальные данные показывают, что характерные свойства, которые принято называть металлическими, обусловлены присутствием в конденсированной фазе вещества, жидкой или кристаллической, делокализованных электронов. По-видимому, в таких веществах электроны не связаны с какими-либо конкретными атомами или небольшими группами атомов, а перемещаются по всей конденоиро ванной фазе, преодолевая при этом лишь небольшие затруднения. [c.495] Вернуться к основной статье