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発熱性イオン化合物の形成

発熱性イオン化合物の形成


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イオン性化合物の形成が発熱性である理由を疑問に思ったことはありますか?簡単な答えは、得られるイオン化合物は、それを形成したイオンよりも安定しているということです。イオンからの余分なエネルギーは、イオン結合が形成されると熱として放出されます。反応から発生するのに必要な量よりも多くの熱が放出されると、反応は発熱性です。

イオン結合のエネルギーを理解する

イオン結合は2つの原子間に形成され、互いに大きな電気陰性度の差があります。通常、これは金属と非金属の間の反応です。原子は完全な価電子殻を持たないため、反応性が非常に高いです。このタイプの結合では、1つの原子からの電子が本質的に他の原子に供与され、その原子価電子シェルを埋めます。電子を供与すると、原子価が満たされたまたは半分満たされた殻が得られるため、結合で電子を「失う」原子はより安定します。初期不安定性はアルカリ金属とアルカリ土類にとって非常に大きいため、陽イオンを形成するために外部電子(またはアルカリ土類の場合は2)を除去するために必要なエネルギーはほとんどありません。一方、ハロゲンは電子を容易に受け入れてアニオンを形成します。アニオンは原子よりも安定していますが、2種類の元素がエネルギー問題を解決するために一緒になればさらに良いです。これは、イオン結合が発生する場所です。

何が起こっているのかを本当に理解するために、ナトリウムと塩素からの塩化ナトリウム(テーブル塩)の形成を考慮してください。ナトリウム金属と塩素ガスを摂取すると、壮大な発熱反応で塩が形成されます(例えば、自宅でこれを試さないでください)。平衡イオン化学式は次のとおりです。

2 Na(s)+ Cl2 (g)→2 NaCl(s)

NaClはナトリウムと塩素イオンの結晶格子として存在し、ナトリウム原子からの余分な電子が塩素原子の外側の電子殻を完成するのに必要な「穴」を埋めます。現在、各原子には完全なオクテットの電子があります。エネルギーの観点から、これは非常に安定した構成です。反応をより詳しく調べると、次の理由で混乱する可能性があります。

要素からの電子の損失は常に 吸熱 (原子から電子を取り除くにはエネルギーが必要だからです。

ナ→ナ+ + 1 e- ΔH= 496 kJ / mol

非金属による電子の獲得は通常発熱性です(非金属が完全なオクテットを獲得するとエネルギーが放出されます)。

Cl + 1 e- →Cl- ΔH= -349 kJ / mol

したがって、単純に計算すると、ナトリウムと塩素からNaClを形成するには、原子を反応性イオンに変えるために147 kJ / molを実際に追加する必要があることがわかります。しかし、反応を観察すると、正味のエネルギーが放出されていることがわかります。何が起こっていますか?

答えは、反応を発熱させる余分なエネルギーが格子エネルギーであるということです。ナトリウムイオンと塩素イオンの電荷の違いにより、イオンは互いに引き付けられ、互いに向かって移動します。最終的に、反対に帯電したイオンは互いにイオン結合を形成します。すべてのイオンの最も安定した配置は、結晶格子です。 NaCl格子を破壊するには(格子エネルギー)788 kJ / molが必要です。

NaCl(s)→Na+ + Cl- ΔH格子 = +788 kJ / mol

格子を形成するとエンタルピーの符号が反転するため、ΔH= -788 kJ /モルです。そのため、イオンの形成には147 kJ / molかかりますが、 はるかに エネルギーは格子形成によって放出されます。正味のエンタルピー変化は-641 kJ / molです。したがって、イオン結合の形成は発熱性です。格子エネルギーは、イオン性化合物が非常に高い融点を持つ傾向がある理由も説明します。

多原子イオンはほぼ同じ方法で結合を形成します。違いは、個々の原子ではなく、陽イオンと陰イオンを形成する原子のグループを考慮することです。



コメント:

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