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.

Ионная связь это нековалентное взаимодействие, которое держит два заряженных атома их ещё называют ионы вместе. Например, катион калия, калий-плюс и анион хлора, хлор-минус. В этом случае валентный электрон от калия был отдан хлору для создания более стабильных атомов, когда их две внешние оболочки полностью заполнены.

Прочность связи зависит от окружающей среды. Если они окружены кислородом, то связь трудно разрушить, но в водном растворе соединение растворяется на ионные компоненты.