If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ha webszűrőt használsz, győződj meg róla, hogy a *.kastatic.org és a *.kasandbox.org nincsenek blokkolva.

Fő tartalom

Ionkötések és a Coulomb-törvény

Bevezetés az ionkötés erőssége és a Coulomb-törvény kapcsolatába. Példa a Coulomb-törvény alkalmazására ionvegyületek olvadáspontja közötti különbségek magyarázatára.

Szeretnél részt venni a beszélgetésben?

Még nincs hozzászólás.
Tudsz angolul? Kattints ide, ha meg szeretnéd nézni, milyen beszélgetések folynak a Khan Academy angol nyelvű oldalán.

Videóátirat

Az ionkötések azok a kötések, amelyek az ionvegyületeket összetartják. Más szóval a kationokat és anionokat összetartó kötések. Ionkötések által összetartott anyagra példa a konyhasó néven is ismert nátrium-klorid. Itt egy közeli kép látható néhány igen szép sókristályról. Ilyeneket otthon is készíthetsz. Az otthon megtalálható konyhasót oldd fel vízben, és hagyd a vizet lassan elpárologni. Ha szerencséd van, ezekhez hasonló szép, szimmetrikus kristályokat fogsz kapni. Számomra éppen a szép kristályok előállítása az egyik legérdekesebb dolog a kémiában. Ha közelről megnézzük ezeknek a kristályoknak az alakját, láthatjuk, hogy nagyon szép szimmetriájuk van. Ez a szimmetria valamennyit elárul az anyagok szerkezetéről molekuláris szinten. Ha ráközelítünk a kristályokra, el tudjuk képzelni, illetve nem is kell elképzelnünk, különböző módszerekkel, mint pl. a röntgenkrisztallográfia, valóban megnézhetjük a kristályrácsot, megtudhatjuk, hogyan helyezkednek el a szilárd anyagban az ionok. Az ionok elhelyezkedése az anyagok sok tulajdonságát meghatározza. Az ionkötések és az ionok elrendeződése sokat elárul a vegyület oldhatóságáról, valamint más tulajdonságairól is, pl. az olvadás- vagy forráspontról. Még azzal is összefüggésbe hozható, hogy milyen kemény egy ionos anyag. Itt a nátrium-kloridban is ezek az ionkötések tartják össze a nátrium- és kloridionokat, a pozitív Na⁺ és a negatív Cl⁻ ionokat. Az ionkötés erőssége a köztük ható elektrosztatikus erőn múlik. Az elektrosztatikus erőt Fₑ-vel fogom jelölni. Ez az erő hat két töltött részecske között. Ezt kiszámíthatjuk egy alkalmas k állandót szorozva a két töltéssel, amelyek kölcsönhatnak, és osztva a köztük levő távolság négyzetével. Itt q1 és q2 jelenti a töltéseket. A nátrium-klorid esetén q1 lehet +1, a nátriumion töltése, q2 pedig -1, a kloridion töltése. Fel is cserélhetnénk, lehetne a kloridtöltése q1 és a nátriumé q2, nem változna a képletből kapható eredmény. Végül r², az ionok távolságnégyzete: ezt a két vizsgált ion sugara négyzetének összegével szokás közelíteni. A Coulomb-törvénnyel megmagyarázunk néhány tulajdonságot, amelyek összefüggnek az ionkötés erősségével. A példa, amit ebben a videóban átnézünk, az olvadáspont. Megnézünk néhány trendet az olvadáspont esetén, és megpróbáljuk értelmezni őket a Coulomb-törvényben szereplő mennyiségekkel. Az első két anyag, amit összehasonlítunk, a nátrium-fluorid és a magnézium-oxid. A nátrium-fluorid olvadáspontja 993 ⁰C, a magnézium-oxidé 2852 ⁰C. Egy igen fontos információ ezekről az anyagokról az őket alkotó ionok sugara. Ezeket nézve kiderül, hogy a NaF-ban az ionok közti távolság nagyjából ugyanannyi, mint a MgO-ban. Nem pontosan egyformák, de elég közel vannak egymáshoz. Ha azt mondjuk, hogy r nagyjából megegyezik, megmagyarázhatjuk az olvadáspontok különbségét a töltésekkel. Mivel az olvadáspont alapjában véve attól függ, hogy mekkora energia hozzáadásával lehet ezeket a vegyületeket ionjaikra szétszedni, azt várjuk, hogy az olvadáspont Fₑ növekedésével nőni fog. Ahogy az ionok közti erő nő, azt várjuk, hogy nagyobb energiával lehet elválasztani őket egymástól. És láthatjuk is ezt az első példában. Nézzük a töltéseket a MgO esetében. A magnéziumé +2, az oxigéné -2. A NaF-ban a nátriumé +1, a fluoridioné -1. Ha r-et nagyjából azonosnak feltételezzük, a q1∙q2 szorzat négyszer akkora lesz a MgO-ban, mint a NaF-ban. Azaz q1 és q2 szorzata a MgO esetén nagyobb (abszolútértékű) lesz, ezért várhatjuk, hogy az olvadáspont magasabb lesz. Összevethetjük a nátrium-kloridot is a nátrium-fluoriddal. Ebben az esetben nézzük – bár itt talán kicsit mesterkélt az összehasonlítás – a NaCl olvadáspontja 801 ⁰C, a NaF-é pedig, ahogy már korábban is szerepelt, 993 ⁰C. Ezúttal az ionok töltése azonos, q1 és q2 mindkét vegyületben +1 a nátriumnál, és -1 a kloridnál, illetve a fluoridnál. Így a q1∙q2 szorzat azonos a két vegyület esetében. Mivel azonban az aniont fluoridról kloridra cseréltük, ennek következtében megnövekedett az r sugár, aminek növekedése a nevezőben csökkenti az elektrosztatikus erőt. Mondhatjuk úgy is, hogy mivel r csökken, miközben a NaCl-ról váltunk a NaF-ra, az olvadáspont megnő. Tehát mindkét párban a magasabb olvadáspontú vegyület az, amelyikben egyúttal erősebb az elektrosztatikus erő, akár mert a töltések nagyobbak, azaz │q1│ és/vagy │q2│ nagyobb, akár mert az ionok közti távolság lecsökken. Ezeken a példákon láthattuk, hogy hogyan függnek össze az ionvegyületek tulajdonságai az elektrosztatikus erővel, alkalmazva az anionra és kationra érvényes Coulomb-törvényt.