
Figura 7.1 Poreclite „mingi bucky”, moleculele de buckminsterfulleren (C60) conțin doar atomi de carbon (stânga) aranjați pentru a forma un cadru geometric de hexagoane și pentagoane, similar modelului de pe o minge de fotbal (centru). Această structură moleculară poartă numele arhitectului R. Buckminster Fuller, ale cărui designuri inovatoare au combinat forme geometrice simple pentru a crea structuri mari și puternice, cum ar fi acest dom radar meteorologic de lângă Tucson, Arizona (dreapta).
Se știe de mult timp despre carbonul pur că apare sub diferite forme (alotropi), inclusiv grafit și diamante. Dar abia în 1985 a fost recunoscută o nouă formă de carbon: buckminsterfulleren. Această moleculă a fost numită după arhitectul și inventatorul R. Buckminster Fuller (1895–1983), a cărui semnătură de design arhitectural a fost domul geodezic, caracterizat printr-o structură de înveliș cu zăbrele care susține o suprafață sferică. Dovezile experimentale au dezvăluit formula, C60, iar apoi oamenii de știință au determinat modul în care 60 de atomi de carbon ar putea forma o moleculă simetrică, stabilă. Ei au fost ghidați de teoria legăturilor – subiectul acestui capitol – care explică modul în care atomii individuali se conectează pentru a forma structuri mai complexe.
Legături ionice
După cum ați învățat, ionii sunt atomi sau molecule care poartă o sarcină electrică. Un cation (un ion pozitiv) se formează atunci când un atom neutru pierde unul sau mai mulți electroni din învelișul său de valență, iar un anion (un ion negativ) se formează atunci când un atom neutru câștigă unul sau mai mulți electroni în învelișul său de valență.
Compușii alcătuiți din ioni se numesc compuși ionici (sau săruri), iar ionii lor constituenți sunt ținuți împreună prin legături ionice: forțe electrostatice de atracție între cationi și anioni cu încărcare opusă. Proprietățile compușilor ionici aruncă o lumină asupra naturii legăturilor ionice. Solidele ionice prezintă o structură cristalină și tind să fie rigide și casante; de asemenea, tind să aibă puncte de topire și de fierbere ridicate, ceea ce sugerează că legăturile ionice sunt foarte puternice. Solidele ionice sunt, de asemenea, conductoare slabe de electricitate din același motiv – puterea legăturilor ionice împiedică ionii să se miște liber în stare solidă. Cu toate acestea, majoritatea solidelor ionice se dizolvă ușor în apă. Odată dizolvați sau topiți, compușii ionici sunt excelenți conducători de electricitate și căldură, deoarece ionii se pot mișca liber.
Atomii neutri și ionii lor asociați au proprietăți fizice și chimice foarte diferite. Atomii de sodiu formează sodiu metal, un metal moale, alb-argintiu, care arde viguros în aer și reacționează exploziv cu apa. Atomii de clor formează gaz de clor, Cl2, un gaz galben-verzui care este extrem de coroziv pentru majoritatea metalelor și foarte otrăvitor pentru animale și plante. Reacția viguroasă dintre elementele sodiu și clor formează compusul alb, cristalin clorură de sodiu, sare de masă comună, care conține cationi de sodiu și anioni de clorură (Figura 7.2). Compusul obținut din acești ioni prezintă proprietăți complet diferite de proprietățile elementelor sodiu și clor. Clorul este otrăvitor, dar clorura de sodiu este esențială pentru viață; atomii de sodiu reacţionează puternic cu apa, dar clorura de sodiu se dizolvă pur şi simplu în apă.

Figura 7.2 (a) Sodiul este un metal moale care trebuie depozitat în ulei mineral pentru a preveni reacția cu aerul sau apa. (b) Clorul este un gaz galben-verde pal. (c) Când sunt combinate, formează cristale albe de clorură de sodiu (sare de masă). (Credit a: „Jurii”/Wikimedia Commons)
Formarea compușilor ionici
Compușii ionici binari sunt formați din doar două elemente: un metal (care formează cationii) și un nemetal (care formează anionii). De exemplu, NaCl este un compus ionic binar. Ne putem gândi la formarea unor astfel de compuși în ceea ce privește proprietățile periodice ale elementelor. Multe elemente metalice au potențiale de ionizare relativ scăzute și pierd electroni cu ușurință. Aceste elemente se află la stânga într-o perioadă sau aproape de partea de jos a unui grup din tabelul periodic. Atomii nemetalici au afinități electronice relativ mari și, prin urmare, câștigă cu ușurință electroni pierduți de atomii de metal, umplându-și astfel învelișul de valență. Elementele nemetalice se găsesc în colțul din dreapta sus al tabelului periodic.
Deoarece toate substanțele trebuie să fie neutre din punct de vedere electric, numărul total de sarcini pozitive pe cationii unui compus ionic trebuie să fie egal cu numărul total de sarcini negative pe anionii săi. Formula unui compus ionic reprezintă cel mai simplu raport dintre numărul de ioni necesar pentru a da un număr identic de sarcini pozitive și negative. De exemplu, formula pentru oxidul de aluminiu, Al2O3, indică faptul că acest compus ionic conține doi cationi de aluminiu, Al3+, pentru fiecare trei anioni de oxid, O2− [astfel, (2 × +3) + (3 × –2) = 0] .
Este important de reținut, totuși, că formula unui compus ionic nu reprezintă aranjamentul fizic al ionilor săi. Este incorect să ne referim la o „moleculă” de clorură de sodiu (NaCl), deoarece nu există o singură legătură ionică, în sine, între nicio pereche specifică de ioni de sodiu și clorură. Forțele de atracție dintre ioni sunt izotrope – aceleași în toate direcțiile – ceea ce înseamnă că orice ion anume este atras în mod egal de toți ionii din apropiere cu sarcină opusă. Acest lucru duce la aranjarea ionilor într-o structură de rețea tridimensională strâns legată. Clorura de sodiu, de exemplu, constă dintr-un aranjament regulat de un număr egal de cationi Na+ și anioni Cl– (Figura 7.3).
Figura 7.3 Atomii din clorura de sodiu (sare comună de masă) sunt aranjați pentru a (a) maximiza sarcinile opuse care interacționează. Sferele mai mici reprezintă ioni de sodiu, cele mai mari reprezintă ioni de clorură. În vederea extinsă (b), geometria poate fi văzută mai clar. Rețineți că fiecare ion este „legat” de toți ionii din jur – șase în acest caz.
Atracția electrostatică puternică dintre ionii Na+ și Cl– îi ține strâns împreună în NaCl solid. Este nevoie de 769 kJ de energie pentru a disocia un mol de NaCl solid în ioni gazoși separați de Na+ și Cl–:
NaCl(s) → Na+(g)+Cl–(g) , ΔH = 769 kJ
Sursa: Chemistry 2e, by OpenStax, access for free at https://openstax.org. ©2020 Rice University, licența CC BY 4.0. Traducere și adaptare: Nicolae Sfetcu, © 2022 MultiMedia Publishing
Lasă un răspuns