§ 38. Йонні речовини

• До змісту відповідей

ДІЗНАЄТЕСЯ, ЗРОЗУМІЄТЕ, ВИКОРИСТАЄТЕ

Який хімічний зв’язок називають йонним?

Йонним зв’язком називають взаємодію між протилежно зарядженими йонами в речовині, яка здійснюється завдяки силам електростатичного притягання.

Як складають формули йонних сполук?

Формули складають на основі принципу електронейтральності: оскільки речовина є електронейтральною, сума зарядів усіх катіонів та аніонів у її складі має дорівнювати нулю.

Які фізичні властивості характерні для речовин йонної будови?

Для таких речовин характерна тверда кристалічна будова за звичайних умов, високі температури плавлення та кипіння, відсутність запаху. У твердому стані вони не проводять електричний струм, але стають електропровідними у розплавленому стані або у водному розчині.

У харчовій соді $NaHCO_3$ містяться катіони $Na^+$. Запишіть формулу аніонів, які є в цій речовині.

Аніоном у складі цієї речовини є гідрогенкарбонат-іон із формулою $HCO_3^-$.

1. У мінералі фенакіті містяться йони $Be^{2+}$ і $SiO_4^{4-}$. Складіть формулу мінералу.

Оскільки найменше спільне кратне для зарядів зарядів йонів ($2+$ та $4-$) дорівнює 4, то на один аніон $SiO_4^{4-}$ припадає два катіони $Be^{2+}$. Отже, формула мінералу — $Be_2SiO_4$.

2. Мінерал апатит містить йони $Ca^{2+}$, $PO_4^{3-}$ і $F^-$. Катіонів $Ca^{2+}$ у речовині в п’ять разів більше, ніж аніонів $F^-$. Складіть формулу мінералу.

Хімічна формула мінералу апатиту — $Ca_5(PO_4)_3F$. У цій сполуці на п’ять катіонів кальцію (сумарний заряд $+10$) припадає три фосфат-іони (сумарний заряд $-9$) та один флуорид-іон (заряд $-1$). Загальний заряд: $+10 + 3 \cdot (-3) + (-1) = 0$, що забезпечує електронейтральність речовини.

Спробуйте пояснити відмінність речовин $NaCl$ і $MgO$ за цими властивостями, узявши до уваги матеріал, викладений на початку параграфа, а також наявні в інтернеті відомості про радіуси йонів $Na^+$, $Mg^{2+}$, $Cl^-$ і $O^{2-}$.

Значно вищі температури плавлення та кипіння магній оксиду ($MgO$) порівняно з натрій хлоридом ($NaCl$) зумовлені більшою силою електростатичного притягання між його йонами. Йони $Mg^{2+}$ і $O^{2-}$ мають більші за значенням заряди ($2+$ і $2-$), ніж йони $Na^+$ і $Cl^-$ ($1+$ і $1-$). Крім того, радіуси йонів Магнію та Оксигену менші, ніж радіуси йонів Натрію та Хлору, що дозволяє їм розміщуватися щільніше і створювати міцнішу кристалічну ґратку.

ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ

Проаналізувавши матеріал, викладений у параграфі, запишіть у зошиті висновки про йонний зв’язок, речовини йонної будови та їхні властивості.

Йонний зв’язок — це взаємодія між протилежно зарядженими йонами, що виникає внаслідок переходу електронів від атомів металічних елементів до атомів неметалічних елементів. Речовини йонної будови за звичайних умов є твердими кристалічними речовинами з високими температурами плавлення і кипіння. Більшість із них розчиняється у воді. Йонні сполуки проводять електричний струм у розплавленому стані або у розчинах, але є діелектриками у твердому стані.

Сформулюйте цікаве запитання за темою параграфа і поставте його своїм однокласникам / однокласницям. Порівняйте свою і їхні відповіді та оцініть їх. Поясніть, чому ваша оцінка саме така.

Запитання: «Чому йонні речовини у твердому стані не проводять електричний струм, хоча вони складаються із заряджених частинок?»
Відповідь: У кристалах йони жорстко зафіксовані у вузлах кристалічних ґраток і не можуть вільно переміщуватися. Електричний струм — це напрямлений рух заряджених частинок, тому провідність виникає лише тоді, коли йони стають рухливими (під час плавлення або розчинення).

ВАШІ ДОСЯГНЕННЯ І ВІДКРИТТЯ

ПЕРЕВІРМО СЕБЕ

396. Порівняйте процеси утворення йонного і ковалентного зв’язку.

Процес утворення йонного зв’язку полягає у переході електронів від одного атома до іншого, внаслідок чого утворюються різнойменно заряджені йони, які притягуються електростатично. На відміну від цього, ковалентний зв’язок утворюється за допомогою спільних електронних пар, які належать обом атомам одночасно (усуспільнення електронів).

397. Укажіть з-поміж наведених хімічні формули йонних речовин: $CO_2$, $O_2$, $Al_2O_3$, $NH_3$, $Na_2S$, $HCl$, $BaF_2$, $Fe$. Поясніть свій вибір.

Йонними речовинами серед наведених є $Al_2O_3$, $Na_2S$ та $BaF_2$.
Пояснення: Ці сполуки утворені типовими металічними (Al, Na, Ba) та неметалічними (O, S, F) елементами. Велика різниця електронегативностей між цими атомами призводить до утворення йонного зв’язку.

398. Напишіть формули йонів, з яких складаються такі речовини: $ZnO$, $Cr_2O_3$, $CaS$, $Li_3N$, $BaH_2$.

Ці речовини складаються з таких йонів:

• $ZnO$: катіон $Zn^{2+}$ та аніон $O^{2-}$;
• $Cr_2O_3$: катіон $Cr^{3+}$ та аніон $O^{2-}$;
• $CaS$: катіон $Ca^{2+}$ та аніон $S^{2-}$;
• $Li_3N$: катіон $Li^+$ та аніон $N^{3-}$;
• $BaH_2$: катіон $Ba^{2+}$ та аніон $H^-$ (гідрид-іон).

399. Складіть формули сполук, утворених такими йонами: а) $Ag^+$ і $O^{2-}$; б) $Sr^{2+}$ і $OH^-$; в) $Al^{3+}$ і $S^{2-}$; г) $Na^+$ і $PO_4^{3-}$; д) $NH_4^+$ і $SO_4^{2-}$.

На основі принципу електронейтральності формули сполук будуть наступними:
а) $Ag_2O$;
б) $Sr(OH)_2$;
в) $Al_2S_3$;
г) $Na_3PO_4$;
д) $(NH_4)_2SO_4$.

АНАЛІЗУЙМО

400. Яка зі сполук, на вашу думку, має вищу температуру плавлення: а) $Li_2O$ чи $Na_2O$; б) $CaO$ чи $CaF_2$? Відповіді обґрунтуйте і перевірте за відомостями, наявними в інтернеті.

а) $Li_2O$ має вищу температуру плавлення, ніж $Na_2O$.
Обґрунтування: Радіус йона Літію ($Li^+$) менший за радіус йона Натрію ($Na^+$). Менша відстань між різнойменними йонами в кристалічній ґратці забезпечує сильніше електростатичне притягання.

б) $CaO$ має вищу температуру плавлення, ніж $CaF_2$.
Обґрунтування: У кальцій оксиді взаємодіють двозрядні йони ($Ca^{2+}$ та $O^{2-}$), а у кальцій фториді — двозарядний катіон та однозарядні аніони ($Ca^{2+}$ та $F^-$). Сила притягання прямо пропорційна добутку зарядів йонів ($|2 \cdot 2| = 4$ проти $|2 \cdot 1| = 2$), тому енергія кристалічної ґратки $CaO$ значно більша.

ПОЯСНЮЙМО

401. Чому йонні речовини не мають запаху?

Йонні речовини не мають запаху через дуже міцний зв’язок між частинками в кристалічній ґратці, що робить їх нелеткими за звичайних температур. Запах відчувається лише тоді, коли молекули або частинки речовини випаровуються і потрапляють на нюхові рецептори, а йони міцно утримуються в кристалі.

У КОМАНДІ

402. Чи можна назвати пару сполучених йонів (наприклад, $Na^+$ і $Cl^-$) молекулою? Відповідь аргументуйте.

Пару сполучених йонів не можна називати молекулою.
Аргументація: Йонні сполуки мають не молекулярну, а йонну кристалічну будову. У кристалі немає відокремлених пар йонів; кожен катіон електростатично притягується до всіх навколишніх аніонів, і навпаки (наприклад, у $NaCl$ кожен йон $Na^+$ оточений шістьма йонами $Cl^-$). Термін «молекула» коректно використовувати для речовин із ковалентним зв’язком. Для йонних сполук використовують термін «формульна одиниця».

РОЗВ’ЯЗУЙМО ЗАДАЧУ

403. Обчисліть масові частки йонів у сполуках $Mg_3N_2$ і $Mg(OH)_2$.

1. Сполука $Mg_3N_2$ (магній нітрид):
Молярна маса: $M(Mg_3N_2) = 3 \cdot 24 + 2 \cdot 14 = 72 + 28 = 100$ г/моль.
Масова частка катіонів $Mg^{2+}$:
$w(Mg^{2+}) = \dfrac{3 \cdot 24}{100} = \dfrac{72}{100} = 0{,}72 \text{ або } 72\%$
Масова частка аніонів $N^{3-}$:
$w(N^{3-}) = \dfrac{2 \cdot 14}{100} = \dfrac{28}{100} = 0{,}28 \text{ або } 28\%$

2. Сполука $Mg(OH)_2$ (магній гідроксид):
Молярна маса: $M(Mg(OH)_2) = 24 + 2 \cdot (16 + 1) = 24 + 34 = 58$ г/моль.
Масова частка катіонів $Mg^{2+}$:
$w(Mg^{2+}) = \dfrac{24}{58} \approx 0{,}414 \text{ або } 41{,}4\%$
Масова частка гідроксид-аніонів $OH^-$:
$w(OH^-) = \dfrac{34}{58} \approx 0{,}586 \text{ або } 58{,}6\%$

ФОРМУЙМО СЛОВНИЧОК

404. Випишіть ключові слова і словосполучення з тексту параграфа для укладання двомовного словничка.

• Йонний зв’язок — ionic bond
• Йонні сполуки — ionic compounds
• Катіон — cation
• Аніон — anion
• Електростатична взаємодія — electrostatic interaction
• Кристалічні речовини — crystalline substances
• Температура плавлення — melting point
• Електропровідність — electrical conductivity

ОЦІНЮЙМО СВОЇ ЗНАННЯ

405. Створіть у зошиті таблицю оцінювання ваших знань і заповніть її.