Legaturi chimice

                                                 -referat-

          Prin transformari chimice,atomii au posibilitatea de a ajunge într-o stare de energie minima.În reactiile chimice,între atomi se stabilesc anumite forte,numite legaturi chimice.Acestea se clasifica în: ionice,covalente si metalice.

*exemple de substante cu legaturi ionice : clorura de sodiu,oxidul de calciu,clorura de magneziu.

*exemple de substante cu legaturi covalente : sulf,brom, zahar.

*exemple de substante cu legaturi metalice : aur, zinc,cupru.

*Regula octetului

         

          Care este originea si natura fortelor ce se manifesta în substante? Primul raspuns la aceasta întrebare a fost dat de teoria electronica a legaturii chimice,           elaborata de catre G.N.Lewis si W.Kossel,în 1916.Conform acestei teorii,legaturile chimice se realizeaza cu participarea electronilor din învelisul exterior al atomilor, numiti electroni de valenta.

           Cauza formarii legaturilor chimice o constituie tendinta generala a atomilor de a ajunge într-o stare de energie minima prin realizarea unei structuri electronice stabile pe ultimul strat,corespunzatoare gazului inert cel mai apropiat în tabelul periodic.Gazele inerte au configuratie de octet pe stratul exterior (exceptie face heliul,care are configuratie de dublet), care le confera inertie chimica.

           De aici a rezultat regula octetului,care prevede ca atomii tind sa îsi realizeze o configuratie de maximum 8 electroni a ultimului strat (regula riguros valabila doar pentru elementele din perioada a 2-a).Atomii pot ajunge la configuratii electronice stabile prin cedare,acceptare sau punere în comun de electroni în reactii cu alti atomi când se formeaza legaturi chimice.

*LEGĂTURA IONICĂ

            Legatura ionica se realizeaza pe baza transferului de electroni de la atomii elementului cu caracter chimic metalic la atomii elementului cu caracter chimic ne- metalic si a interactiei electrostatice între ionii formati.Taria legaturii ionice este data de punctul de topire al substantei ionice.

            Temperatura la care un corp trece din stare solida în stare lichida se numeste punct de topire (p.t.).

             Elementele carbon (C) si wolfram (W) au cele mai ridicate puncte de topire, pe când elementele din grupa I au puncte de topire scazute.Cele mai scazute puncte de topire le au gazele rare.

              Valoarea punctului de topire este determinata de interactia care se stabileste între nucleul unui atom si învelisul electronic al altui atom vecin.

Aranjamentele de atomi sau de ioni,care asigura starea solida,sunt stabile, greu de distrus;va fi necesara o energie mare pentru a se topi.Aceste elemente au,în general, puncte de topire ridicate.

             

*Compusi ionici          

              

               Ecuatia de formare a unui ion este:

                                           n+                 -

METAL                METAL   + ne.

                                                     n-                -

NEMETAL               NEMETAL   - ne.

               

               Compusii ionici sunt formati din ioni de semn contrar continuti în rapoar-

te de numere întregi,astfel ca suma sarcinilor electrice ale ionilor sa fie egala cu 0, pentru a asigura electroneutralitatea compusului.

               Regula pentru determinarea formulei unui compus ionic este :

                                                                                                                             b+  b-  

Numarul sarcinilor (+)=Numarul sarcinilor (-),astfel ca,pentru un compus X a Yb, numarul de ioni (+) x sarcina electrica a ionului (+) = numarul de ioni (-) x sarcina electrica a ionului (-) sau a(+b) + b(-a) = 0.       

               Formula compusilor ionici indica natura ionilor si raportul în care ionii de semn contrar se gasesc în retea;ea nu corespunde unei molecule.

               Ecuatia de formare a unui compus ionic este:

                                                                          n+                                 n-

METAL + NEMETAL                      METAL  NEMETAL

transfer de electroni

exemplu : 2Na + Cl 2                2NaCl  (clorura de sodiu)

               Clorura de sodiu este un compus ionic cunoscut sub denumirea de sare de bucatarie.Ea se obtine din apa marii,prin procesul de evaporare, de aceea se numeste si sare marina.Cantitati mari de clorura de sodiu se exploateaza prin extragerea din saline sub forma de sare gema ;este larg utilizata în industria chimica.

               Clorura de sodiu este o substanta alba,solida,cristalizata,foarte solubila în apa.Are punctul de topire ridicat (+801 grade Celsius).

                                                   +              -

               Formarea ionilor de Na  si Cl  are loc prin transferul unui electron de la atomul cu caracter chimic metalic,sodiul,la atomul cu caracter chimic nemetalic,clo-

rul,format prin disocierea moleculei de clor.Sodiul este un metal din grupa I A si are un electron de valenta,pe care îl poate ceda si formeaza configuratia stabila a gazului inert neon.Clorul,nemetal din grupa VII A,are 7 electroni de valenta si poate ajunge la configuratia stabila de octet prin acceptarea unui electron,cel transferat de la ato-mul de sodiu.

               În majoritatea oxizilor metalici se formeaza legaturi ionice prin transferul electronilor de valenta de la atomii de metal la atomii de oxigen:

                 transfer                  2+               2-                     interactie                      2+     2-

Ca + O                      Ca    +   O                                  Ca   O             

               de electroni                                 electrostatica

                      În hidroxizi,forta de atractie electrostatica se manifesta între ionii metalu-

lui si ionii hidroxid:

                         transfer                  +                                        interactie                   +     -

Na + O    H                       Na   + O     H                          Na  O H

                       de electroni                                             electrostatica

                      Legaturi ionice se realizeaza în saruri,în oxizi bazici si în majoritatea hidroxizilor.

*Stabilitatea compusilor ionici

                În reactia magneziului cu oxigenul (de exemplu),fiecare atom tinde sa-si realizeze configuratia gazului inert cel mai apropiat:

-atomul de magneziu cedeaza cei doi electroni de pe stratul de valenta si formeaza ionul pozitiv:

                                  2+                                                                  2+

Mg   - 2e              Mg   ,                              Mg   ,[Ne]

  

      2   2       6      2                     2      2      6                                                                2       2      6

1s 2s 2p 3s         1s 2s 2p                                 1s 2s 2p   

   atom                     ion

-atomul de oxigen accepta cei doi electroni cedati de atomul de magneziu si formea-

za ionul negativ:

                                  2-                                                                2-

O    +2e                   O ,                                 O   ,[Ne]  

    2    2       4                               2      2       6                                                                 2      2       6

1s 2s 2p               1s 2s 2p                                  1s 2s 2p  

  atom                      ion                     

                                              2+            2-

                Ionii formati de Mg   si O  au configuratia gazului inert,neon.Acesti ioni de semne opuse se atrag prin forte electrostatice si formeaza compusul ionic,MgO.

                Oxidul de magneziu este un compus ionic stabil,desi energiile necesare formarii ionilor mai sus mentionati sunt mari.La formarea cristalului ionic se degaja o cantitate de energie suficient de mare,care compenseaza energia consumata la io-

nizare.

*Retele ionice

                În starea solida,compusii ionici formeaza retele ionice.

                Caracteristic pentru retelele ionice este faptul ca ionii pozitivi alterneaza cu ionii negativi,ocupând pozitii bine determinate si între ioni se exercita forte de atractie electrostatice.

                Unul dintre cei mai cunoscuti compusi ionici,clorura de sodiu,cristalizea-

za în reteaua cubica.Retele de acelasi tip cu NaCl mai formeaza : NaF,KBr,NaI, MgO,AgF,AgCl,CaS.

                                 +              -

                Ionii de Na  si Cl  ocupa alternativ pozitii bine precizate în reteaua de

                                             +

NaCl;astfel,fiecare ion de Na  interactioneaza electrostatic cu un numar de 6 ioni

    -                                                                                                                                                                         -

Cl ,situati în imediata apropiere.În mod similar,fiecare ion de Cl  este înconjurat de

         

                   +

6 ioni de Na .Numarul ionilor de semn contrar,situati în imediata vecinatate,cu care se înconjoara un ion,reprezinta numarul de coordinare,N.C..

                Raportul dintre numarul ionilor cu sarcini de semn contrar este de 1:1,asa ca,în ansamblu,cristalul de NaCl este neutru din punct de vedere electric.

                În interiorul cristalului nu exista molecule ca în cazul compusilor cova-

lenti,deoarece legatura ionica nu este orientata în spatiu;fortele de atractie electro-

statica actioneaza în toate directiile si se formeaza un macroagregat ionic.

*Proprietati ale substantelor ionice

1).STAREA DE AGREGARE

-În conditii normale de temperatura,substantele ionice sunt solide,cristalizate.

Punctele de topire si de fierbere ale compusilor ionici au valori mari,deoarece lega-

tura ionica este o legatura puternica.

-Dimensiunile ionilor au un rol important în determinarea structurii si stabilitatii cristalului ionic.Punctele de topire ale compusilor ionici sunt cu atât mai mari cu cât raza ionilor este mai mica:

                   

*NaF  (992),NaCl  (801),NaBr (740).

-Stabilitatea cristalului ionic este influentata si de marimea sarcinii ionilor.Astfel, punctul de topire creste cu sarcina ionului pozitiv:

*NaF (992),MgF2 (1260),AlF3 (1290).

2).REZISTENŢA MECANICĂ

-Cristalele ionice se sfarâma sub actiunea unei forte mecanice.

3).SOLUBILITATEA

-Majoritatea compusilor ionici sunt solubili în solventi polari,asa cum este apa.

4).CONDUCTIBILITATEA ELECTRICĂ

-Cristalele ionice nu conduc curentul electric în stare solida,deoarece ionii ocupa po-

zitii fixe în reteaua cristalina.Ionii sunt mentinuti în aceste pozitii datorita legaturii 

 ionice puternice.

-În stare lichida sau în solutie,ionii devin mobili;sub actiunea unei diferente de po-

tential,ionii se pot deplasa spre electrozi,facând posibila trecerea curentului electric. Substantele care permit trecerea curentului electric prin solutie sau topitura poarta numele de electroliti.         

*ELECTROLIZA CLORURII DE SODIU TOPITE

            

                Topitura de NaCl conduce curentul electric,deoarece este formata din ioni

                    +              -

mobili de Na  si Cl :

              topire             +                   -

NaCl                 Na   +   Cl          

 

                 La trecerea curentului electric prin topitura,ionii se deplaseaza spre elec-

trozii de semn opus sarcinii lor:

                               +

-ionii pozitivi de Na  sunt atrasi de electrodul legat la polul negativ al sursei,catod; ionii pozitivi se numesc cationi;

                               -

-ionii negativi de Cl  sunt atrasi de electrodul legat la polul pozitiv al sursei,anod;

ionii negativi se numesc anioni.

                  La electrozi,au loc reactii primare:

                                                                                       +

-la catod,unde se gaseste surplus de electroni,ionii de Na  accepta electroni si for-

meaza atomi de sodiu:

         +               -                        0

(-) Na   + 1e         Na

                                                                                -

-la anod,exista un deficit de electroni,iar ionii de Cl  cedeaza electroni si formeaza atomi de clor.

          -                  -                          0

(+) Cl      -1e            Cl

Atomii de clor sunt instabili si se unesc în molecule de clor,în cadrul unei reactii se-

cundare:

2Cl            Cl2

Ecuatia reactiei totale este:

                 electroliza

2NaCl                       2Na  + Cl2

                  ELECTROLIZA este ansamblul proceselor care au loc la trecerea cu-

rentului electric continuu prin topitura sau solutia unui electrolit si consta în dirija-

rea ionilor si neutralizarea sarcinilor acestora la electrozi.

                               IDENTIFICAREA IONILOR

                          (LUCRARE DE LABORATOR)

A.Identificarea CATIONILOR

                                      2+                                                                                                    +

Experienta nr.1      Mg    + 2NaOH              Mg(OH)2  + 2Na

B.Identificarea ANIONILOR

Experienta nr.2-identificarea ionului halogenura

KBr + AgNO3                            KNO3 + AgBr

*Observatii: se formeaza un precipitat de culoare alb-galbuie,care se depune.

KI + AgNO3                                 KNO3 + AgI

*Observatii: se formeza un precipitat de culoare galbena,care se depune.

Experienta nr.3-identificarea ionului sulfat

NiSO4 + BaCl2                NiCl2 + BaSO4

*Observatii:se formeaza o substanta de culoare alb-murdar,care se depune.