9.3: 이온결합과 전자 이동

이온은 전기전하를 가하는 원자 또는 분자입니다. 중성 원자가 그 원자 껍질에서 하나 이상의 전자를 분실할 때 양이온(양성 이온)은 형성되며, 중성 원자가 그 원자가 그 원자 껍질에서 하나 이상의 전자를 얻을 때 음이온(네거티브 이온)이 형성됩니다. 이온으로 구성된 화합물은 이온 화합물(또는 염)이라고 불리며, 이온의 구성 이온은 이온 결합에 의해 함께 유지됩니다: 반대로 충전된 양이온과 음이온 사이의 어트랙션의 정전기력.

이오닉 화합물의 특성

이온 화합물의 특성은 이온 결합의 특성에 약간의 빛을 발산.

• 이온 고체는 결정 구조를 나타내고 경직되고 부서지기 쉬운 경향이 있습니다. 그들은 또한 높은 용융 및 끓는 점을 가지고하는 경향이, 이는 이온 결합이 매우 강한 것을 시사.
• 이온 고체는 또한 같은 이유로 전기의 가난한 도체입니다 — 이온 결합의 강도는 고체 상태에서 자유롭게 이동에서 이온을 방지합니다.
• 그러나 대부분의 이온 고체는 물에 쉽게 녹아 들어 보입니다. 일단 용해되거나 녹으면 이온 화합물은 이온이 자유롭게 움직일 수 있기 때문에 전기와 열의 우수한 도체입니다.

이오닉 화합물의 형성

많은 금속 원소는 상대적으로 낮은 이온화 잠재력을 가지고 쉽게 전자를 잃게됩니다. 이러한 요소는 기간 의 왼쪽 또는 주기표에 있는 그룹의 맨 아래에 있습니다. 비금속 원자는 상대적으로 높은 전자 화도를 가지고 있으므로 금속 원자에 의해 손실 된 전자를 쉽게 얻을 수 있으므로 원자 껍질을 채웁니다. 비금속 요소는 주기표의 오른쪽 상단 모서리에서 발견됩니다.

모든 물질이 전기적으로 중성이어야 하므로 이온 화합물의 양이온에 대한 총 양전하 수는 음전도의 총 수와 같아야 합니다. 이온 화합물의 공식은 양수 및 음전하의 동일한 숫자를 제공하는 데 필요한 이온 수의 가장 간단한 비율을 나타냅니다.

이온 화합물 양식 정기적으로 배치 된 3 차원 구조

그러나 이온 화합물에 대한 공식은 이온의 물리적 배열을 나타내지 않는다는 점에 유의해야 합니다. 염화나트륨(NaCl) “분자”를 지칭하는 것은 특정 한 쌍의 나트륨과 염화물 이온 사이에 단일 이온 결합이 없기 때문에 올바르지 않습니다. 이온 사이의 매력적인 힘은 모든 방향에서 동일등 동위성이며, 이는 특정 이온이 반대 의 모든 이온에 동등하게 끌린다는 것을 의미합니다. 이로 인해 이온이 단단히 결합된 3차원 격자 구조로 배열됩니다. 염화 나트륨은 예를 들어, Na⁺ 양이온 및 Cl^– 음이온의 동일한 수의 정기적 인 배열로 구성됩니다. Na^+와 Cl 사이의 강한 정전기 매력^– 이온은 단단한 NaCl에서 단단히 함께 고정됩니다. 그것은 별도의 기체 Na⁺ 및 Cl^– 이온으로 고체 NaCl의 한 두더지 해리769 kJ가 필요합니다.

양이온의 전자 구조

양이온을 형성할 때, 주요 그룹 요소의 원자는 모든 원자 전자를 잃는 경향이 있으므로 주기적인 표에서 선행되는 고귀한 가스의 전자 구조를 가정합니다.

• 그룹 1(알칼리 금속) 및 2(알칼리 성 금속)의 경우, 그룹 번호는 칭스 쉘 전자의 수와 같으며, 따라서 모든 원자 쉘 전자가 제거될 때 이들 원소의 원자로부터 형성된 양이온의 전하에 있다.
• 예를 들어, 칼슘은 중성 원자가 20개의 전자와1s^{2 2}2 2p^{6 3}s 2 3p⁶4 s 2의 지상 상태 전자구성을갖는 그룹 2 원소이다. Ca 원자가 그 원자 전자를 모두 분실할 때, 결과는 1 s 2²s2 2 p⁶3s²3p^6의전자 구성, 2+ 전하 및 전자 구성으로 양이온입니다. 따라서 Ca²⁺ 이온은 고귀한 가스 Ar과 이소전자입니다.
• 그룹 13-17의 경우, 그룹 번호는 10에 의해 원자 전자의 수를 초과 (네 번째 및 더 큰 기간에 원소의 원자에 전체 d 서브 쉘의 가능성을 고려). 따라서, 모든 원자전자의 손실에 의해 형성된 양이온의 전하는 그룹 번호 마이너스 10과 같다. 예를 들어, 알루미늄(그룹 13)은 3+ 이온(Al^3+)을형성합니다.

예외

• 예상 동작에 대한 예외에는 그룹 하단에 대한 요소가 포함됩니다.
• 예상 이온 Tl^3+,Sn^4+,Pb⁴⁺및 Bi⁵⁺이외에, 이러한 원자의 원자 쉘 전자의 부분 손실은 또한 Tl^+,Sn^{2 +}Pb 2 + 및 Bi³⁺이온의 형성으로 이어질 수 있습니다. 이러한 1+, 2+, 3+ 양이온의 형성은 불활성 쌍 효과에 기인하며, 이는 그룹 13, 14 및 15의 무거운 원소의 원자에 대한 valence s-전자쌍의 상대적으로 낮은 에너지를 반영합니다.
• 수은(12군)은 또한 예상치 못한 행동을 나타낸다: 그것은 다이토믹 이온, Hg₂²⁺ (Hg-Hg 결합이 있는 두 개의 수은 원자에서 형성된 이온)을 형성하며, 예상된 monatomic ion Hg²⁺ (단 하나의 수은 원자에서만 형성됨).
• 전환 및 내부 전환 금속 요소는 주요 그룹 요소와 다르게 행동합니다. 대부분의 전이 금속 양이온은 가장 바깥쪽 전자의 손실로 인한 2+ 또는 3+ 전하를 가지며, 때로는 다음에서 바깥쪽 껍질에서 하나 또는 두 개의 d 전자를 잃습니다.
• 전이 요소의 d 궤도는 전자 구성을 구축 할 때 마지막으로 채우는 Aufbau 원칙에 따라 있지만, 가장 바깥쪽 전자는 이러한 원자가 이온화 할 때 가장 먼저 손실됩니다. 내부 전이 금속이 이온을 형성할 때, 그들은 일반적으로 그들의 가장 바깥쪽 s 전자및 d 또는 f 전자의 손실에서 기인하는 3+ 전하가 있습니다.

아니온의 전자 구조

대부분의 원자 해부학 적 원자는 중성 비금속 원자가 완전히 외부 s와 p 궤도를 채우기에 충분한 전자를 얻을 때 형성, 따라서 다음 고귀한 가스의 전자 구성에 도달. 따라서, 이러한 음의 이온에 대한 전하를 결정하는 것은 간단하다: 전하는 부모 원자의 s와 p 궤도를 채우기 위해 얻어져야 하는 전자의 수와 동일하다. 산소는 예를 들어, 전자 구성 1 s^{2 2}s^{2 2}p^4를가지며, 산소 음이온은 고귀한 가스 네온(Ne), 1s²s^{2 2}p^6의전자구성을가지고 있다. 원자 궤도를 채우는 데 필요한 두 개의 추가 전자는 산화화물 이온에게 2 – (O^2–)의전하를 제공합니다.

이 텍스트는 Openstax, 화학 2e, 섹션 7.3: 이온 본딩에서 적용됩니다.