الرابطة الأيونية: الخصائص وكيفية تكوينها والأمثلة - كيمياء - 2025

و السندات الأيونية هو نوع من السندات الكيميائية التي توجد هو عامل جذب الكهربائي بين الأيونات المشحونة معاكس. أي أن أيون موجب الشحنة يشكل رابطة مع أيون سالب الشحنة ، وينقل الإلكترونات من ذرة إلى أخرى.

يحدث هذا النوع من الروابط الكيميائية عندما يتم نقل إلكترونات التكافؤ من ذرة إلى ذرة أخرى بشكل دائم. تصبح الذرة التي تفقد الإلكترونات كاتيون (موجب الشحنة) ، والذرة التي تكتسب الإلكترونات تصبح أنيون (مشحون سالبًا).

مثال الرابطة الأيونية: فلوريد الصوديوم. يفقد الصوديوم إلكترونًا واحدًا التكافؤ ويتركه للفلور. ودكف

مفهوم الرابطة الأيونية

الرابطة الأيونية هي الرابطة التي تتفاعل من خلالها الجسيمات المشحونة كهربائيًا ، والتي تسمى الأيونات ، لتكوين المواد الصلبة والسوائل الأيونية. هذه الرابطة هي نتاج تفاعلات كهروستاتيكية بين مئات الملايين من الأيونات ، ولا تقتصر على زوجين فقط ؛ أي أنه يتجاوز التجاذب بين الشحنة الموجبة نحو الشحنة السالبة.

ضع في اعتبارك على سبيل المثال المركب الأيوني كلوريد الصوديوم ، NaCl ، المعروف باسم ملح الطعام. في NaCl ، تسود الرابطة الأيونية ، لذا فهي تتكون من Na ⁺ و Cl ^- أيونات. Na ⁺ هو أيون موجب أو كاتيون ، بينما Cl ^- (كلوريد) هو أيون سالب أو أنيون.

يتم تجميع أيونات الصوديوم والكلوريد في كلوريد الصوديوم معًا عن طريق الترابط الأيوني. المصدر: إيال بيري عبر ويكيبيديا.

ينجذب كل من Na ⁺ و Cl ^- إلى الشحنات الكهربائية المعاكسة. تسمح المسافات بين هذه الأيونات للآخرين بالاقتراب من بعضها البعض ، بحيث تظهر أزواج وأزواج كلوريد الصوديوم. سوف تتنافر كاتيونات الصوديوم ^مع بعضها البعض لأنها ذات شحنة متساوية ، ويحدث نفس الشيء مع بعضها البعض مع Cl ^- الأنيونات.

يأتي وقت تمكنت فيه ملايين أيونات Na ⁺ و Cl ^{- من} التوحيد والتوحيد لإنشاء هيكل مستقر قدر الإمكان ؛ واحد تحكمه الرابطة الأيونية (الصورة العلوية). الكاتيونات Na ⁺ أصغر من Cl ^- الأنيونات بسبب القوة النووية الفعالة المتزايدة لنواتها على الإلكترونات الخارجية.

الرابطة الأيونية لكلوريد الصوديوم. Rhannosh / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

يتميز رابطة أيونية عن طريق إنشاء هياكل أمر حيث المسافة بين الأيونات (نا ⁺ والكلورين ^- في حالة كلوريد الصوديوم) صغيرة مقارنة بما كان عليه من المواد الصلبة الأخرى. لذلك نحن نتحدث عن هيكل بلوري أيوني.

كيف يتم تشكيل رابطة أيونية؟

لا يحدث الترابط الأيوني إلا إذا حدث توزيع للإلكترونات بحيث تنشأ شحنات الأيونات. لا يمكن أن يحدث هذا النوع من الروابط بين الجسيمات المحايدة. يجب أن يكون هناك بالضرورة الكاتيونات والأنيونات. لكن من اين جاؤوا؟

توضيح السندات الأيونية. أ) الصوديوم له شحنة سالبة صافية. ب) الصوديوم يعطي إلكتروناً للكلور. يبقى الصوديوم بشحنة موجبة صافية وكلور بشحنة سالبة صافية ، مما يولد الرابطة الأيونية. هذا النوع من الروابط بين ملايين ذرات Na و Cl ينتج الملح الفيزيائي. OpenStax College / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

هناك العديد من المسارات التي تنشأ من خلالها الأيونات ، ولكن العديد منها يعتمد بشكل أساسي على تفاعل الأكسدة والاختزال. تتكون معظم المركبات الأيونية غير العضوية من عنصر معدني مرتبط بعنصر غير معدني (تلك الموجودة في الكتلة p من الجدول الدوري).

يجب أن يتأكسد المعدن ، ويفقد الإلكترونات ، ليصبح كاتيونًا. من ناحية أخرى ، يتم تقليل العنصر غير المعدني ، ويكتسب هذه الإلكترونات ، ويصبح أنيونًا. توضح الصورة التالية هذه النقطة لتكوين كلوريد الصوديوم من ذرات الصوديوم والكلور:

تكوين رابطة أيونية. المصدر: الشافعي في ويكيبيديا العربية / المجال العام

الذرة نا تتبرع واحدة من إلكترونات التكافؤ لالكلور عند حدوث هذا التوزيع من الإلكترونات، نا. ⁺ والكلورين ^- تتشكل أيونات ، التي تبدأ في جذب بعضها البعض على الفور وكهربية.

لذلك يُقال أن Na ⁺ و Cl ^- لا يشتركان في أي زوج من الإلكترونات ، على عكس ما يمكن توقعه لرابطة تساهمية Na-Cl افتراضية.

خصائص الرابطة الأيونية

الرابطة الأيونية غير اتجاهية ، أي أن قوتها ليست موجودة في اتجاه واحد ، بل تنتشر عبر الفضاء كدالة للمسافات التي تفصل الأيونات. هذه الحقيقة مهمة ، لأنها تعني أن الأيونات مرتبطة بقوة ، وهو ما يفسر العديد من الخصائص الفيزيائية للمواد الصلبة الأيونية.

نقطة الانصهار

الرابطة الأيونية مسؤولة عن ذوبان الملح عند درجة حرارة 801 درجة مئوية. درجة الحرارة هذه مرتفعة إلى حد كبير مقارنة بنقاط انصهار المعادن المختلفة.

وذلك لأن كلوريد الصوديوم يجب أن يمتص حرارة كافية حتى تبدأ أيوناته بالتدفق بحرية من بلوراته ؛ وهذا يعني أن عوامل الجذب بين Na ⁺ و Cl ^- يجب التغلب عليها.

نقطة الغليان

نقاط الانصهار والغليان للمركبات الأيونية مرتفعة بشكل خاص بسبب تفاعلاتها الكهروستاتيكية القوية: ترابطها الأيوني. ومع ذلك ، نظرًا لأن هذه الرابطة تتضمن العديد من الأيونات ، فإن هذا السلوك يُعزى عادةً إلى قوى بين الجزيئات ، وليس بشكل صحيح إلى الترابط الأيوني.

في حالة الملح ، بمجرد ذوبان كلوريد الصوديوم ، يتم الحصول على سائل يتكون من نفس الأيونات الأولية ؛ الآن فقط يتحركون بحرية أكبر. الرابطة الأيونية لا تزال موجودة. نا ⁺ والكلور ^- الأيونات قاء على سطح السائل لخلق التوتر السطحي عالية، الأمر الذي يمنع أيونات من الهروب إلى مرحلة الغاز.

لذلك ، يجب أن يزيد الملح المصهور من درجة حرارته أكثر ليغلي. درجة غليان NaCl هي 1465 درجة مئوية. عند درجة الحرارة هذه ، تتجاوز الحرارة عوامل الجذب بين Na ⁺ و Cl ^- في السائل ، لذلك تبدأ أبخرة كلوريد الصوديوم في التكوين بضغط مساوٍ للغلاف الجوي.

كهرسلبية

قيل سابقًا أن الرابطة الأيونية تتكون بين عنصر فلزي وعنصر غير معدني. باختصار: بين معدن و لا فلز. يحدث هذا عادةً فيما يتعلق بالمركبات الأيونية غير العضوية ؛ خاصة تلك من النوع الثنائي ، مثل NaCl.

لكي يحدث تقسيم للإلكترونات (Na ⁺ Cl ^-) وليس مشاركة (Na-Cl) ، يجب أن يكون هناك اختلاف كبير في الكهربية بين الذرتين. خلاف ذلك ، لن يكون هناك رابطة أيونية بينهما. من المحتمل أن يقترب كل من Na و Cl من بعضهما البعض ، ويتفاعلان ، ولكن على الفور Cl ، نظرًا لارتفاع سلبيته الكهربية ، "يأخذ" إلكترونًا من Na.

ومع ذلك ، لا ينطبق هذا السيناريو إلا على المركبات الثنائية ، MX ، مثل NaCl. بالنسبة للأملاح الأخرى أو المركبات الأيونية ، تكون عمليات تكوينها أكثر تعقيدًا ولا يمكن مقاربتها من منظور ذري أو جزيئي بحت.

أنواع

لا توجد أنواع مختلفة من الروابط الأيونية ، لأن الظاهرة الكهروستاتيكية هي فيزيائية بحتة ، وتختلف فقط في الطريقة التي تتفاعل بها الأيونات ، أو عدد الذرات التي تمتلكها ؛ أي إذا كانت أيونات أحادية الذرة أو متعددة الذرات. وبالمثل ، فإن كل عنصر أو مركب يولد أيونًا مميزًا يحدد طبيعة المركب.

في قسم الأمثلة سوف نتعمق في هذه النقطة ، وسيتبين أن الرابطة الأيونية هي نفسها في جوهرها في جميع المركبات. عندما لا يتم تحقيق ذلك ، يُقال أن الرابطة الأيونية لها طابع تساهمي معين ، وهو ما يحدث في العديد من أملاح المعادن الانتقالية ، حيث تنسق الأنيونات مع الكاتيونات ؛ على سبيل المثال ، FeCl ₃ (Fe ³⁺ -Cl ^-).

أمثلة على الروابط الأيونية

سيتم سرد العديد من المركبات الأيونية أدناه ، وسيتم إبراز أيوناتها ونسبها:

- كلوريد الماغنيسيوم

MgCl ₂ ، (Mg ²⁺ Cl ^-) ، بنسبة 1: 2 (Mg ²⁺: 2 Cl ^-)

- فلوريد البوتاسيوم

KF ، (K ⁺ F ^-) ، بنسبة 1: 1 (K ⁺: F ^-)

- كبريتيد الصوديوم

Na ₂ S ، (Na ⁺ S ^2-) ، بنسبة 2: 1 (2Na ⁺: S ^2-)

- هيدروكسيد الليثو

LiOH ، (Li ⁺ OH ^-) ، بنسبة 1: 1 (Li ⁺: OH ^-)

- فلوريد الكالسيوم

CaF ₂ ، (Ca ²⁺ F ^-) ، بنسبة 1: 2 (Ca ²⁺: 2F ^-)

- كربونات الصوديوم

Na ₂ CO ₃ ، (Na ⁺ CO ₃ ^2-) ، بنسبة 2: 1 (2Na ⁺: CO ₃ ^2-)

- كربونات الكالسيوم

كربونات الكالسيوم ₃ ، (Ca ²⁺ CO ₃ ^2-) ، بنسبة 1: 1 (Ca ²⁺: CO ₃ ^2-)

- برمنجنات البوتاسيوم

KMnO ₄ ، (K ⁺ MnO ₄ ^-) ، بنسبة 1: 1 (K ⁺: MnO ₄ ^-)

- كبريتات النحاس

CuSO ₄ ، (Cu ²⁺ SO ₄ ^2-) ، بنسبة 1: 1 (Cu ²⁺: SO ₄ ^2-)

- هيدروكسيد الباريوم

Ba (OH) ₂ ، (Ba ²⁺ OH ^-) ، بنسبة 1: 2 (Ba ²⁺: OH ^-)

- بروميد الألمنيوم

AlBr ₃ ، (Al ³⁺ Br ^-) ، بنسبة 1: 3 (Al ³⁺: 3Br ^-)

- أكسيد الحديد (III)

Fe ₂ O ₃ ، (Fe ³⁺ O ^2-) ، بنسبة 2: 3 (2Fe ³⁺: 3O ^2-)

- أكسيد السترونتيوم

SrO ، (Sr ²⁺ O ^2-) ، بنسبة 1: 1 (Sr ²⁺: O ^2-)

- كلوريد الفضة

AgCl ، (Ag ⁺ Cl ^-) ، بنسبة 1: 1 (Ag ⁺: Cl ^-)

- الآخرين

-CH ₃ COONa ، (CH ₃ COO ^- Na ⁺) ، بنسبة 1: 1 (CH ₃ COO ^-: Na ⁺)

- NH ₄ I، (NH ₄ ⁺ I ^-) ، بنسبة 1: 1 (NH ₄ ⁺: I ^-)

يحتوي كل من هذه المركبات على رابطة أيونية حيث تنجذب ملايين الأيونات ، المتوافقة مع صيغها الكيميائية ، كهربائياً وتشكل مادة صلبة. كلما زاد حجم الشحنات الأيونية ، زادت قوة الجذب والتنافر الكهروستاتيكي.

لذلك ، تميل الرابطة الأيونية إلى أن تكون أقوى كلما زادت الشحنات على الأيونات التي يتكون منها المركب.

تمارين محلولة

فيما يلي بعض التمارين التي تطبق المعرفة الأساسية للترابط الأيوني.

- التمرين 1

أي من المركبات التالية أيوني؟ الخيارات هي: HF و H ₂ O و NaH و H ₂ S و NH ₃ و MgO.

يجب أن يكون للمركب الأيوني بحكم التعريف رابطة أيونية. كلما زاد فرق الكهربية بين العناصر المكونة لها ، زاد الطابع الأيوني للرابطة المذكورة.

لذلك ، يتم استبعاد الخيارات التي لا تحتوي على عنصر معدني من حيث المبدأ: HF و H ₂ O و H ₂ S و NH ₃. كل هذه المركبات تتكون من عناصر غير معدنية فقط. يعتبر NH ₄ ⁺ الكاتيون استثناء لهذه القاعدة ، حيث لا يحتوي على أي معادن.

الخيارات المتبقية هي NaH و MgO ، والتي تحتوي على معادن Na و Mg ، على التوالي ، متصلة بعناصر غير معدنية. NaH (Na ⁺ H ^-) و MgO (Mg ²⁺ O ^2-) مركبات أيونية.

- تمرين 2

ضع في اعتبارك المركب الافتراضي التالي: Ag (NH ₄) ₂ CO ₃ I. ما هي أيوناته وبأي نسبة توجد في المادة الصلبة؟

تحلل المركب إلى أيوناته لدينا: Ag ⁺ ، NH ₄ ⁺ ، CO ₃ ^2- و I ^-. يتم ربطها كهربائياً باتباع النسبة 1: 2: 1: 1 (Ag ⁺: 2NH ₄ ⁺: CO ₃ ^2-: I ^-). وهذا يعني أن كمية NH ₄ ⁺ الكاتيونات ضعف أن من حج ⁺ ، CO ₃ ^2- وI ^- الأيونات.

- التمرين 3

يتكون KBr من K ⁺ و Br ^- أيونات ، مع مقدار الشحن. ثم، CAS يمتلك أيونات الكالسيوم ²⁺ وS ^2- ، مع اتهامات حجم مزدوج، لذلك يمكن أن يعتقد أن السندات الأيونية في CAS أقوى مما كانت عليه في كي بي آر. وأيضا أقوى من نا ₂ SO ₄ وتتكون، لأن هذا الأخير نا ⁺ وSO ₄ ^2- الأيونات.

قد يكون لكل من CaS و CuO رابطة أيونية قوية بنفس القدر ، حيث يحتوي كلاهما على أيونات ذات شحنة مضاعفة الحجم. بعد ذلك ، لدينا AlPO ₄ ، مع Al ³⁺ و PO ₄ ^3- أيونات. هذه الأيونات لها شحنة ثلاثية الحجم ، لذلك يجب أن تكون الرابطة الأيونية في AlPO ₄ أقوى من جميع الخيارات السابقة.

وأخيرًا ، لدينا الفائز Pb ₃ P ₄ ، لأننا إذا افترضنا أنها مكونة من أيونات ، فإنها تصبح Pb ⁴⁺ و P ^3-. شحناتهم لها أكبر قدر ؛ وبالتالي ، فإن Pb ₃ P ₄ هو المركب الذي يحتمل أن يكون له أقوى رابطة أيونية.

المراجع

1. ويتن ، ديفيس ، بيك وستانلي. (2008). كيمياء (الطبعة الثامنة). سينجاج ليرنينج.
2. رجفة وأتكينز. (2008). الكيمياء غير العضوية. (طبعة رابعة). ماك جراو هيل.
3. ويكيبيديا. (2020). الرابطة الأيونية. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
4. هيلمنستين ، آن ماري ، دكتوراه. (11 فبراير 2020). الرابطة الأيونية مقابل الرابطة التساهمية - افهم الفرق. تم الاسترجاع من: thinkco.com
5. محررو Encyclopaedia Britannica. (31 يناير 2020). الرابطة الأيونية. Encyclopædia Britannica. تم الاسترجاع من: britannica.com
6. قاموس Chemicool. (2017). تعريف الرابطة الأيونية. تم الاسترجاع من: chemicool.com