Хімія – “чарівна” наука. А де ви ще отримаєте безпечну речовину, з’єднавши два небезпечних? Йдеться про звичайної повареної солі – NaCl. Розглянемо докладніше кожен елемент, спираючись на раніше отримані знання про будову атома.
- Натрій – Na, лужної метал (група IA).
- Електронна конфігурація: 1s22s22p63s1
Як бачимо, натрій має один валентний електрон, який він “згоден” віддати, щоб його енергетичні рівні стали завершеними.
- Хлор – Cl, галоген (група VIIA).
- Електронна конфігурація: 1s22s22p63s23p5
Як бачимо, хлор має 7 валентних електронів і йому “не вистачає” одного електрона, щоб його енергетичні рівні стали завершеними.
Тепер здогадуєтеся, чому так “дружні” атоми хлору і натрію?
Раніше йшлося про те, що повністю “укомплектовані” енергетичні рівні мають інертні гази (група VIIIA) – у них повністю заповнені зовнішні s і p-орбіталі. Звідси вони так погано вступають в хімічні реакції з іншими елементами (їм просто не треба ні з ким “дружити”, оскільки ні віддавати, ні приймати електрони вони “не хочуть”).
Головний закон хімічної реакції – заповнення валентного енергетичного рівня
Коли валентний енергетичний рівень заповнений – елемент стає стабільним або насиченим.
Інертних газів “пощастило”, а що ж робити іншим елементам періодичної таблиці? Звичайно ж, “шукати” собі пару, подібно дверному замку і ключу – певного замку відповідає свій ключ. Так і хімічні елементи, намагаючись заповнити свій зовнішній енергетичний рівень, вступають з іншими елементами в реакції, створюючи стійкі сполуки. Оскільки заповнюються зовнішні s (2 електрона) і р (6 електронів) орбіталі, то даний процес отримав назву “правило октету” (октет = 8)
Будь-атом може отримати або віддати не більше трьох електронів
1. Натрій: Na
На зовнішньому енергетичному рівні атома натрію знаходиться один електрон. Для переходу до стабільного стану, натрій повинен: або віддати цей електрон, або прийняти сім нових. Виходячи з вищесказаного, натрій буде віддавати електрон. При цьому у нього “зникає” 3s-орбіталь, а кількість протонів (11) буде на один перевершувати кількість електронів (10). Тому, нейтральний атом натрію перетвориться в позитивно заряджений іон – катіон.
Електронна конфігурація катіона натрію: Na + 1s22s22p6
Особливо уважні читачі справедливо скажуть, що така ж електронна конфігурація і у неону (Ne). Так що ж, натрій перетворився в неон? Зовсім ні – не забувайте про протонах! Їх, як і раніше; у натрію – 11; у неону – 10. Кажуть, що катіон натрію є ізоелектронними неону (оскільки їх електронні конфігурації однакові).
Підведемо підсумок:
- атом натрію і його катіон відрізняються одним електроном;
- катіон натрію має менший розмір, оскільки він втрачає зовнішній енергетичний рівень.
2. Хлор: Cl
У хлору ситуація прямо протилежна – на зовнішньому енергетичному рівні у нього знаходиться сім валентних електронів і йому треба прийняти один електрон, щоб стати стабільним. При цьому відбудуться наступні процеси:
- атом хлору прийме один електрон і стане негативно зарядженим аніоном (17 протонів і 18 електронів);
- електронна конфігурація хлору: Cl- 1s22s22p63s23p6
- аніон хлору є ізоелектронними аргону (Ar);
- оскільки зовнішній енергетичний рівень хлору “добудувався”, то радіус катіона хлору буде трохи більше, ніж у “чистого” атома хлору.
3. Куховарська сіль (хлорид натрію): NaCl
Виходячи з вищесказаного, видно, що електрон, який віддає натрій, стає електроном, який отримує хлор.
В результаті переміщення електрона утворюються іони: катіон натрію (Na +) і аніон хлору (Cl-). Оскільки протилежні заряди притягуються, то утворюється стійке з’єднання NaCl (хлорид натрію) – кухонна сіль.
В результаті взаємного тяжіння протилежно заряджених іонів, утворюється іонний зв’язок – стійке хімічна сполука.
З’єднання з іонними зв’язками називають солями.
У кристалічній решітці хлориду натрію кожен катіон натрію оточений шістьма аніонами хлору. І навпаки, кожен аніон хлору оточений шістьма катіонами натрію.
4. Катіони і аніони
Інші солі утворюються за аналогічним принципом, що і хлорид натрію. Метал віддає електрони, а неметалл їх отримує. З періодичної таблиці видно, що:
- елементи групи IA (лужні метали) віддають один електрон і утворюють катіон з зарядом 1+;
- елементи групи IIA (лужноземельні метали) віддають два електрона і утворюють катіон з зарядом 2+;
- елементи групи IIIA віддають три електрона і утворюють катіон з зарядом 3+;
- елементи групи VIIA (галогени) приймають один електрон і утворюють аніон із зарядом 1;
- елементи групи VIA приймають два електрона і утворюють аніон із зарядом 2;
- елементи групи VA приймають три електрона і утворюють аніон із зарядом 3;