Положительно заряженный катион

Положительно заряженный катионОбразовавшийся положительно заряженный катион натрия начинает притягивать к себе отрицательно заряженные анионы хлора. И наоборот — анионы хлора притягивают к себе несколько атомов натрия.

Сколько именно? А сколько их поместится вокруг!

Ведь электростатические силы не направлены (электрически заряженный пластмассовый шарик притягивает к себе лёгкую бумажку с любой стороны с одинаковой силой). При этом, конечно, должно строго выполняться условие электронейтральности вещества в целом.

В данном случае это означает, что ионов натрия и хлора должно быть поровну.

Размеры катионов натрия и анионов хлора различаются не очень сильно (анионы больше). В результате вокруг каждого иона натрия размещаются шесть ионов хлора (два сверху и снизу, два справа и слева и два сзади и спереди).

Точно так же вокруг каждого иона хлора размещаются шесть ионов натрия. Получается кристалл с так называемой кубической решёткой, потому что катионы и анионы в строгом порядке располагаются по вершинам кубов.

Модель этой решётки легко сделать из спичек и пластилиновых шариков двух цветов, символизирующих ионы натрия и хлора («хлорные» шарики должны быть больше). Такое строение кристаллической решётки объясняет, почему поваренная соль при выпаривании её раствора кристаллизуется в виде кубиков.

А если большой кристалл такой соли (она называется каменной) раскалывать на кусочки, эти кусочки также будут кубической формы.

Очевидно, что никаких молекул в поваренной соли нет. Это вещество немолекулярного строения.

Устойчивые молекулы NaCl могут существовать в газовой фазе.

Аналогичный процесс происходит и при взаимодействии с хлором очень активного щелочного металла цезия (у него, как и у всех щелочных металлов, имеется один валентный электрон).

В результате реакции образуется бесцветное немолекулярное соединение — хлорид цезия CsCl.

Но ионы Cs+ значительно крупнее ионов Na+, и кристаллическая решётка CsCl устроена иначе: в каждой из восьми вершин куба находится по аниону Cl-, а катион Cs+ расположен точно в центре куба. Как же согласуется такое строение кристаллической решётки с формулой CsCl?

Дело в том, что этот «кубик» — не единственный в кристалле. Со всех сторон к нему примыкают точно такие же кубики, и у каждого в центре находится катион Cs+. Сколько же анионов С1- приходится в среднем на один катион Cs+? Пометим какую-нибудь вершину, находящуюся вверху нашего кубика.

Она принадлежит не только этому кубику. Если приложить к нему вплотную ещё три кубика, чтобы помеченная вершина оказалась в центре, а потом сверху положить ещё четыре кубика, то станет понятно, что рассматриваемая вершина (а также находящийся там ион хлора) принадлежит одновременно восьми кубикам.

Значит, на наш кубик приходится только 1 /8 иона хлора. Всего же в вершинах кубика 8 ионов.

Значит, на данный кубик в среднем приходится ровно один ион хлора, и никакого противоречия с формулой CsCl нет. Теперь посмотрим, что произойдёт, если двухвалентный атом кальция будет сближаться с атомами хлора. У атома Са 20 электронов.

На первой оболочке — 2 электрона, на второй — 8, на третьей тоже 8, наконец, на внешней оболочке находятся 2 валентных электрона. Один атом хлора может принять для образования октета только один электрон.

Как же эти атомы «договорятся» с атомами кальция? Очень просто: к каждому атому кальция подойдут два атома хлора, и каждый возьмёт себе по одному валентному электрону.

В результате образуется изолированная молекула хлорида кальция СаС12. Но если реагировали не отдельные атомы кальция и хлора, а кусочек кальция в виде металла и газообразный хлор (оба вещества, понятно, будут содержать огромное число атомов), то и продукт реакции будет представлять собой твёрдое кристаллическое вещество — хлорид кальция.

Его кристаллическая решётка также ионная, но устроена значительно сложнее, чем у NaCl или CsCl.

Хлорид кальция тоже является веществом немолекулярного строения, как и большинство неорганических соединений. Если же кальций будет реагировать с кислородом, то образуется оксид кальция СаО (негашёная известь).

У атомов кислорода всего 8 электронов, причём валентных — 6. Значит, каждый атом кальция в ходе реакции отдаст по два своих валентных электрона, а каждый атом кислорода два электрона примет, достроив свою валентную оболочку до восьмиэлектронной. Аналогично образуется и фторид алюминия A1F3.

В атоме алюминия всего 13 электронов, которые по оболочкам распределяются так: 2 + 8 + 3. В атоме фтора 9 электронов (распределение 2 + + 7). И в ходе реакции каждый атом алюминия отдаёт три своих валентных электрона трём атомам фтора. При этом устойчивая восьмиэлектронная оболочка образуется у всех четырёх атомов.

Если же реагируют атомы алюминия и кислорода, то для образования восьмиэлектронных оболочек потребуются 2 атома А1 (они оба отдадут 2-3 = 6 электронов) и 3 атома О (все вместе они примут 3*2 = 6 электронов). И когда таких атомов очень много, получится довольно сложно устроенный бесцветный кристалл А12О3.

В природе это минерал корунд, а если он окрашен примесями, получаются ещё более красивые драгоценные камни — синие сапфиры и красные рубины. Валентность с учётом принятия и отдачи электронов и образованием положительно и отрицательно заряженных атомов называют иногда электровалентностью.

Теория валентности позволила объяснить многие факты. Например, почему с атомом углерода может связаться не больше четырёх атомов водорода или какова максимально возможная валентность.

Атомы водорода с трудом принимают электроны, отрывая их от других атомов.

Это возможно только в случае некоторых металлов, которые относительно легко расстаются со своими электронами.

При этом атомы водорода превращаются в отрицательно заряженные ионы Н-, образуя вещества, которые называются гидридами (это слово многим знакомо по никелевым металлогидридным аккумуляторам для мобильных телефонов и других устройств).

Примером могут служить твёрдые ионные гидриды лития LiH или кальция СаН2.

Читайте так же:

Комментарии запрещены.

О химии и химиках
  • Репетитор – это не обязательно

    06.09.2017

    Очень примечательным и ободряющим для российских граждан является тот факт, что во всем мире репетиторство развивается не менее бурными темпами, чем в России. Ведь когда на законодательном уровне было закреплено единый... 
    Читать полностью

  • Чудеса для разминки

    02.02.2017

    Если чего-нибудь не раздобудешь, неважно. Пропусти опыт и переходи к следующему. Но описание пропущенного опыта прочитай: когда-нибудь, при удобном случае, к нему можно и вернуться. Для первого опыта нужны два вещества, которые,... 
    Читать полностью

  • Варим яйцо в бумажной кастрюле

    02.02.2017

    Возьмите лист плотной бумаги, сверните из него колпачок. Стыки проклейте быстросохнущим клеем и скрепите скобами степлера. В эту бумажную емкость налейте воды, положите сырое яйцо. Согните из проволоки держатель (его можно... 
    Читать полностью

  • Свеча из мыла

    02.02.2017

    Когда мы рассуждали о том, почему мыло моет, то упоминали особое устройство его молекулы: «голова» и длинный «хвост», причем «голова» стремится к воде, а «хвост», напротив, от воды отталкивается… Рассмотрим... 
    Читать полностью

  • Главные принципы домашнего физика

    01.02.2017

    Правило первое (самое главное). Сначала демонстрация опыта, потом – его объяснение и применение закона! Именно такая последовательность привлекает максимальное внимание, и вызывает главный вопрос исследователя – «Почему?» Правило... 
    Читать полностью