חומרים יוניים
תוכן עניינים
חומרים יוניים
חומרים יוניים הם חומרים בעלי מבנה מרחבי, נטראלי, המורכב מיונים חיוביים ויונים שליליים, שפועל ביניהם כוח משיכה חשמלי אלקטרוסטאטי, הקשרים שפועלים בין היונים הם קשרים יוניים, והמבנה הזה של חומרים יוניים נקרא סריג יוני, המאפיין את המלחים בטבע.
היונים המרכיבים את החומר היוני יכולים להיות:
1. קטיון (אטום מתכת) ואניון (אטום אל מתכת), כמו: NaCl, MgBr2, FeCl3, FeO
2. קטיון (אטום מתכת) ואניון (פולי-אטומי אל מתכת), כמו: NaHCO3, Mn(OH)2, K2SO4
בקישור הבא תיאור לקשר יוני.
יונים חיוביים
חלקיקים שבהם סך כל מספר האלקטרונים קטן מסך כל מספר הפרוטונים, אז הם טעונים במטען חיובי, ערך המטען הוא ההפרש בין סך כל מספר הפרוטונים וסך כל מספר אלקטרונים בחלקיק. חלקיק חיובי נקרא יון חיובי, או קטיון. היון החיובי או הקטיון, נוצר בגלל שהחלקיק במטען חיובי יציבות אנרגיטית ואלקטרונית טובה יותר מאשר החלקיק במצב נטראלי. יציבות הקטיונים החד אטומיים נובעת כתוצאה מהפסד אלקטרונים, מהאטום הנטראלי, כדי לקיים את כלל האוקטט, כך מקבל האטום קונפיגורציה אלקטרונית דומה לאטומים אצילים. אטומי בעלי אנרגיית יינון, זיקה אלקטרונית ואלקטרושלליות נמוכות יחסית, כמו מתכות, נוטים להפסיד אלקטרונים ולהפוך ליונים חיוביים.
יונים שליליים
חלקיקים שבהם סך כל מספר האלקטרונים גדול מסך כל מספר הפרוטונים, אז הם טעונים במטען שלילי, ערך המטען הוא ההפרש בין סך כל מספר האלקטרונים וסך כל מספר הפרוטונים בחלקיק. חלקיק שלילי נקרא יון שלילי, או אניון, שמקבל מטען (-). היון השלילי או האניון, נוצר בגלל שהחלקיק במטען שלילי יציבות אנרגיטית ואלקטרונית טובה יותר מאשר החלקיק במצב נטראלי. יציבות האניונים החד אטומיים נובעת כתוצאה מקבלת אלקטרונים, לאטום הנטראלי, כדי לקיים את כלל האוקטט, כך מקבל האטום קונפיגורציה אלקטרונית דומה לאטומים אצילים. אטומי בעלי אנרגיית יינון, זיקה אלקטרונית ואלקטרושלליות גבוהה יחסית, כמו אל-מתכות, נוטים להרוויח (לקבל) אלקטרונים ולהפוך ליונים שליליים.
סריג יוני
תכונות חומרים יוניים
לכל החומרים היוניים תכונות פיזיקליות אופייניות להם. תכונות אילו נובעות מהמבנה היחודי של הסריג היוני.
כל החומרים היוניים מוצקים בטמפרטורת החדר. הסיבה לכך היא שקיימת משיכה חזקה בין היונים החיוביים לבין היונים השליליים המקיפים אותם. כדי לנתק משיכה חזקה זו (כלומר את הקשרים היוניים) יש להשקיע אנרגיה גבוהה המסופקת ע"י טמפרטורה גבוהה.
החומרים היוניים אינם מוליכים זרם חשמלי במצב מוצק. כדי שתהייה הולכה חשמלית יש צורך בחלקיקים טעונים שינועו באופן מסודר. מכיוון שבסריג היונים אינם ניידים הם לא יכולים לנוע לעבר האלקטרודות ולסגור את המעגל החשמלי.
חומרים יוניים מותכים או מומסים מוליכים זרם חשמלי מכיוון שהיונים ניידים. היונים השליליים (אניונים) נעים לעבר האנודה ואילו היונים החיוביים (קטיונים) נעים לעבר הקתודה.
מסיסות חומרים יונים במים
ברמה המיקרוסקופית כשחומר יוני נמס מולקולות המים מקיפות כל אחד מהיונים. קטבים שליליים במולקולת המים (אטומי חמצן) נמשכים ליון החיובי כך שהיון מוקף מכל עבריו. אל היון השלילי נמשכים הקטבים החיוביים של מולקולות המים.
תהליך זה מתרחש בשלבים עד שכל היונים מוקפים במולקולות מים ונעים איתן, והסריג כולו מומס.
כאשר כוחות המשיכה בין היונים לבין מולקולות המים חזקים מכוחות המשיכה בין היונים בסריג המלח יומס בתהליך שתואר, והמלח נחשב מלח קל תמס. כאשר כוחות המשיכה בין היונים חזקים יותר המלח לא יומס ומדובר במלח קשה תמס.
בשני הקישורים שלפניך תוכל להתרשם באופן חזותי מהמודל שתואר. ניתן להבדיל בין הרמה המקרוסקופית, בה המלח מתמוסס ואינו נראה עוד בפזה הנוזלית לבין הרמה המיקרוסקופית המתארת את היונים, המולקולות והקשרים ביניהם.
אנימציה של המסת נתרן כלורי במים צפה באנימציה והסבר את תהליך ההמסה של נתרן כלורי במים ברמה המיקרוסקופית וברמת הסמל
מלחים קשי תמס וקלי תמס
כאשר כוחות המשיכה בין היונים לבין מולקולות המים חזקים מכוחות המשיכה בין היונים בסריג המלח יומס בתהליך שתואר, והמלח נחשב מלח קל תמס. כאשר כוחות המשיכה בין היונים חזקים יותר המלח לא יומס ומדובר במלח קשה תמס.
תגובות שיקוע
היבטים פדגוגיים
דף עבודה "מתכות וחומרים יוניים"
הדף עוסק בתרגול בנושא של מבנה ותכונות פיסיקליות של מתכות וחומרים יוניים.
