普通化学/离子键

← 电负性 ·共价键 →

← 电负性 ·	普通化学	· 共价键 →
书皮 · 介绍 · v • d • e
单元: 物质 · 原子结构 · 键 · 反应 · 溶液 · 物质的相 · 平衡 · 动力学 · 热力学 · 元素
附录: 元素周期表 · 单位 · 常数 · 方程式 · 还原电位 · 元素及其性质

什么是离子？

离子是带电的原子或分子。阳离子带正电，阴离子带负电。当原子获得或失去电子时，就会形成离子。由于电子带负电，失去一个或多个电子的原子会带正电；获得一个或多个电子的原子会带负电。

离子键的描述

离子键是带正电和带负电的离子之间的吸引力。这些带相反电荷的离子相互吸引，形成离子网络（或晶格）。静电解释了为什么会出现这种情况：异性相吸，同性相斥。当许多离子相互吸引时，它们会形成大而有序的晶格，其中每个离子都被相反电荷的离子包围。通常，当金属与非金属反应时，电子从金属转移到非金属（这是因为金属倾向于具有相对较低的电离能，而非金属倾向于具有较高的电子亲和能）。金属形成带正电荷的离子，而非金属形成带负电荷的离子。离子化合物的最小单元是化学式单元，但这个单元仅仅反映了导致整个晶体中性化的离子比例，例如 NaCl 或 MgCl₂。在结构中无法区分单个 NaCl 或 MgCl₂ 分子。

然而，堆叠可能包含像硝酸铵中的 NH₄⁺ 和 NO₃^- 这样的分子离子。在这样的结构中，离子是带电荷的分子而不是带电荷的原子。

离子键也可以称为电价键。

特征

离子化合物示例：氯化钠 ( $NaCl$ )，硝酸钾 ( $KNO_{3}$ ).

离子键合物质通常具有以下特征。

高熔点（在室温下为固体）
坚硬但易碎（会碎裂）
许多溶解在水中
溶解或熔化时可导电

一般来说，保持晶格结合在一起的力取决于它所包含的离子的电荷乘积。例如，将 NaCl (+1)*(-1) 与 MgO (+2)*(-2) 进行比较表明，氧化镁比氯化钠结合得更牢固，大约是它的 4 倍。这就是为什么氯化钠的熔点比氧化镁低得多，也比氧化镁更容易溶解在水这样的溶剂中。

溶解度

大多数离子化合物可溶于极性溶剂。极性溶剂只是那些分子具有正负极的溶剂。最常见的极性溶剂例子是水 (H₂O)。

它们可溶于极性溶剂的原因是，正离子被溶剂的负极吸引，负离子被溶剂的正极吸引。因此，离子化合物在溶剂中解离或分离成其组成离子。

例如，H₂O 由相对更正的氢原子和相对更负的氧原子组成。当像NaCl这样的离子化合物被添加到水中时，正离子会被更负的氧原子吸引，负离子会被更正的氢原子吸引。

这是许多离子化合物非常有用的性质，但并非全部，因为有一些例外，某些化合物无法溶解在某些极性溶剂中。

传导

为了使物质导电，必须有一些电荷载体。例如，在金属中，传输电荷的是围绕正离子的移动电子。

然而，在固态下，离子化合物缺乏任何能够携带电荷的移动粒子，因为保持它们固定在位的静电力非常强，离子无法在晶格内移动。当化合物溶解或熔化时，这种情况会发生变化。当溶解时，离子会解离，并能够四处移动。熔融离子化合物也是如此。这就是为什么熔融和溶解的离子化合物可以导电，而固态离子化合物不能导电。

形成

当金属和非金属发生化学反应时，就会形成离子键。由于金属的电离能较低，失去电子形成完整的价电子层后，不会变得非常不稳定，并带正电。而由于非金属的电子亲和力较大，获得电子形成完整的价电子层后，会变得非常稳定，并带负电。当金属和非金属反应时，金属会失去电子，并将电子转移给非金属，非金属则会获得电子。整个过程 - 少量的损失加上大量的获得 - 导致能量的净降低。因此，会形成离子，这些离子会立即相互吸引，从而形成离子键。

例如，在钠（Na）和氯（Cl）的反应中，每个Cl原子从Na原子中获得一个电子。因此，每个Na变成Na⁺阳离子，而每个Cl原子变成Cl^-阴离子。由于它们带相反的电荷，它们相互吸引，并与数百万个其他离子结合形成离子晶格。这种大规模集体堆叠产生的晶格能进一步稳定了新化合物。晶格中的化学式（正负离子的比例）是**NaCl**，即正负电荷数相等，从而保证了中性。

电荷必须保持平衡，否则大部分电荷之间的排斥力将变得难以克服。在氯化镁的情况下，镁原子会释放两个电子以变得稳定。请注意，它位于第二族，因此有两个价电子。氯原子只能接受一个电子，因此每个镁离子必须有两个氯离子。因此，氯化镁的化学式为**MgCl₂**。如果形成氧化镁，其化学式将为**MgO**，因为氧可以接受镁的两个电子。

读者练习

试着找出氮化镁的化学式。使用元素周期表来帮助你。

还需要注意的是，一些原子可以形成多种离子。这通常发生在过渡金属中。例如，铁（Fe）可以变成Fe²⁺（称为亚铁），II）或 - 使用旧的名称 - 亚铁。Fe也可以变成Fe³⁺（称为铁），III）或 - 有时仍然 - ferric。

常见离子

离子键通常发生在金属和非金属之间的反应中，但也存在一些称为多原子离子的分子，它们也会发生离子键。在这些多原子离子中，可能存在共价键（或极性键），但作为一个整体，它们会发生离子键。存在无数的多原子离子，但你应该熟悉最常见的那些。建议你记住这些离子。

名称	化学式	名称	化学式
铵	NH₄⁺	水合氢离子	H₃O⁺
过氧化物	O₂^2-	氢氧根	OH^-
亚硝酸根	NO₂^-	硝酸根	NO₃^-
亚硫酸根	SO₃^2-	硫酸根	SO₄^2-
亚硫酸氢根	HSO₃^-	磷酸根	PO₄^3-
次氯酸根	ClO^-	亚氯酸根	ClO₂^-
氯酸根	ClO₃^-	高氯酸根	ClO₄^-
碳酸根	CO₃^2-	碳酸氢根	HCO₃^-