Кристаллы, построенные из ионов

Со времен Резерфорда собрано очень большое количество сведений и разработана теория, описывающая поведение электронов в атомах. Представлены лишь схематические изображения атомов. Если бы мы на самом деле смогли увидеть, например, атом натрия, то он скорее был бы таким. Здесь можно различить маленькую внутреннюю оболочку из двух электронов, заполненную оболочку из восьми электронов и «облачко», образованное последним внешним электроном, который странствует вокруг остальной части атома предоставленный самому себе. Электроны движутся настолько быстро (около 10 оборотов вокруг ядра в секунду), что, если бы мы смогли их видеть, они казались бы нам лишь размытым пятном. Итак, движение электронов не только вечное, но и очень быстрое.

Как образуются химические соединения? Представим себе, что атом хлора сталкивается с атомом натрия. Внешний свободный электрон атома натрия будет сразу же захвачен атомом хлора, внешняя оболочка которого дополнится до восьми электронов. При этом происходит следующее. Атом хлора приобретает электрон и, следовательно, отрицательный заряд. Он теперь называется отрицательным ионом и обозначается символом С. Атом же натрия потерял электрон и теперь заряжен положительно. Оба иона — положительно заряженный ион натрия Na+ и отрицательно заряженный ион хлора С — притягивают друг друга вследствие того, что их заряды имеют противоположные знаки.

Благодаря этому притяжению разноименных зарядов, связывающему ионы, образуется молекула NaCl. У читателя может возникнуть вопрос: почему ион Na+, обладая положительным зарядом, не может забрать обратно электрон у иона С, у которого имеется избыток электронов. А дело в том, что образовавшаяся восьмиэлектронная оболочка атома С, несущая избыточный для хлора отрицательный заряд, представляет собой настолько устойчивое цельное образование, что положительный заряд иона Na+ притягивает сразу все восемь электронов оболочки в одинаковой степени и, естественно, не может более захватить ни одного электрона. Несмотря на наличие избыточного отрицательного заряда у иона С, восемь электронов, образующих его внешнюю электронную оболочку, настолько сильно связаны друг с другом, что дополнительный электрон удерживается хлором от обратного перехода к иону Na.

Типы ионных кристаллов
В твердом веществе вокруг положительного иона натрия собирается много отрицательных ионов хлора, а вокруг иона хлора — много ионов натрия. В кристаллической структуре каждый отрицательный ион окружен шестью положительными ионами, а каждый положительный — шестью отрицательными. Твердые тела этого типа называются ионными кристаллами, поскольку эти кристаллы построены не из атомов, а из ионов. Почти все щелочные металлы — литий, натрий, калий, рубидий, цезий, — соединяясь с галоидами, то есть такими элементами, как фтор, хлор, бром и иод, образуют структуры этого типа, в которых ионы связаны в единое целое только за счет притяжения, существующего между зарядами противоположного знака. Ионные кристаллы могут быть образованы многими другими атомами. Например, атом магния может передать атому кислорода два электрона, в результате чего образуются положительно заряженный ион магния Mg2+ и отрицательно заряженный ион кислорода О2. Оба эти иона образуют одну молекулу окиси магния MgO.

Кристаллическая структура MgO подобна структуре NaCl.
Возможны и другие типы ионных кристаллов, в которых заряды ионов «обоих типов неодинаковы по величине. Красивый кристалл флюорита построен из двукратно заряженных ионов Са2+, потерявших по два электрона, и однократно заряженных ионов фтора F, обладающих каждый одним избыточным электроном.

Поскольку ионов фтора должно быть вдвое больше, чем ионов кальция, химическая формула этого соединения CaF2. Структура такого кристалла отличается от структуры NaCl, но в ней, как и в структуре NaCl, нельзя выделить конкретные атомы, соединенные друг с другом в молекулу CaF2. Каждый ион Са2+ имеет восемь равноотстоящих соседей — ионов F, а каждый ион F равноудален от четырех ионов Са2+.


Комментарии запрещены.





Статистика

Рейтинг@Mail.ru