2.11: Ионные связи

Обзор

Когда атомы приобретают или теряют электроны для достижения более стабильной конфигурации электронов, они образуют ионы. Ионные связи – это электростатическое притяжение между ионами с противоположными зарядами. Ионные соединения являются жесткими и хрупкими в твёрдом состоянии, и могут разделяться на отдельные ионы в воде. Ковалентные соединения, напротив, остаются нетронутыми, если химическая реакция не нарушает их.

Противоположные заряды держат ионы вместе в ионных соединениях

Ионные связи являются обратимыми электростатическими взаимодействиями между ионами с противоположными зарядами. Элементы, которые являются наиболее реактивными (т.е. имеют более высокую тенденцию подвергаться химическим реакциям), включают те, которые имеют только один валентный электрон (например, калий) и те, которые нуждаются в еще одном валентном электроне (например, хлор).

Ионы, теряя электроны, приобретают положительный заряд и называются катионами. Ионы, которые приобретают электроны, имеют отрицательный заряд и называются анионами. Катионы и анионы объединяются, что приводит к суммарному нулевому заряду для соединения, которое они образуют. Например, соединение хлорид калия (KCl) содержит один ион хлорида для каждого иона калия, потому что заряд калия составляет +1, а заряд хлора -1. Соединение хлорид магния (MgCl₂) содержит два иона хлора для каждого иона магния, потому что заряд магния составляет +2.

Ионы могут диссоциировать в воде

Электростатические силы, удерживающие ионные соединениями вместе, сильны, когда соединения находятся в твердой форме. Поскольку точки плавления ионных соединений, как правило, очень высоки, они, как правило, находятся в твёрдом состоянии на поверхности Земли. Тем не менее, ионные связи не так сильны, как ковалентные связи, потому что ионы могут быть оттянуты друг от друга, или растворены при химической реакции с жидкостью, например, с водой. Говорят, что ионы, растворенные в воде, реагируют, и многие ионы в этом состоянии способны проводить электрический ток.

Электролиты важны для биологических систем

Электролиты – это ионы, которые могут проводить электричество при растворении в воде. В биологических системах электролиты необходимы для осмотической регуляции – баланса воды через клеточные мембраны. Электролиты также способствуют критическим биологическим процессам, которые полагаются на электрические заряды через клеточную мембрану, такие как мышечные сокращения и нервные импульсы. Общие биологические электролиты включают ион кальция (Ca²“), ион натрия^(Na), ион магния (Mg²“), ион калия^(K), ион фосфата (PO₄^3-) и ион хлора (Cl^–).

Электролитный дисбаланс может вызвать тяжелые физические симптомы и даже смерть. Одним из наиболее часто встречающихся электролитных дисбалансов является гипонатриемия, недостаточный уровень натрия в крови. Гипонатриемия может быть симптомом другого заболевания, или может быть вызвана потреблением слишком большого количества воды без адекватной замены натрия. Лечение этого серьезного состояния направлено на восстановление баланса натрия в организме, так что мозг, сердце и другие органы могут функционировать должным образом.