Παραδείγματα του κανόνα των Fajans

Ο ιοντικός και ο ομοιοπολικός δεσμός είναι δύο ακραίοι τύποι χημικών δεσμών. Ωστόσο, σχεδόν όλοι οι δεσμοί είναι ενδιάμεσοι, κάτι που μπορεί να εξηγηθεί με την πόλωση (ή την παραμόρφωση) του σχήματος των ιόντων. Παρόλο που τα περισσότερα ζεύγη μετάλλου-μη μετάλλου παρουσιάζουν τα χαρακτηριστικά των ιοντικών ενώσεων, υπάρχουν μερικές εξαιρέσεις που συμβαίνουν όταν τα εξωτερικά ηλεκτρόνια του ανιόντος έλκονται έντονα από το κατιόν και ο δεσμός αναπτύσσει σημαντικό βαθμό ομοιοπολικότητας. Δηλαδή, η πυκνότητα ηλεκτρονίων του ανιόντος κάμπτεται προς το κατιόν.

Η πόλωση ορίζεται ως μια απόκλιση από το σφαιρικό σχήμα του ιδανικού ανιόντος. Ένα πολώσιμο άτομο ή ιόν έχει τροχιακά με παρόμοιες ενέργειες. μεγάλα, βαριά άτομα και ιόντα τείνουν να είναι πιο πολικά. Η ικανότητα ενός ατόμου να παραμορφώνεται από ένα ηλεκτρικό πεδίο (όπως αυτό ενός γειτονικού ιόντος) ονομάζεται πολικότητα. Όταν τα μη γεμάτα ατομικά τροχιακά βρίσκονται κοντά στα τροχιακά με την υψηλότερη ενέργεια, ένα άτομο ή ιόν (συνήθως, ένα ανιόν) είναι εξαιρετικά πολώσιμο καθώς η κατανομή των ηλεκτρονίων του μπορεί εύκολα να μεταβληθεί.

Κανόνας Fajans

Ο Kasimir Fajans, ένας χημικός, επινόησε τις ακόλουθες αρχές για να συνοψίσει τις πληροφορίες:

Οι παράγοντες που ευνοούν την πόλωση ιόντων και συνεπώς την αύξηση της ομοιοπολικότητας περιλαμβάνουν:

1. Εάν ένα κατιόν είναι μικροσκοπικό και έχει υψηλό θετικό φορτίο, θα είναι πιο πολικό.

2. Εάν ένα ανιόν είναι μεγάλο και έχει αρνητικό φορτίο, θα είναι ευκολότερο να πολωθεί.

3. Η ομοιοπολικότητα ευνοείται από τα μεγάλα φορτία είτε σε ιόντα είτε και στα δύο ιόντα, καθώς ένα μεγάλο φορτίο προκαλεί μεγαλύτερη πόλωση.

4. Τα κατιόντα που δεν έχουν διαμόρφωση ευγενών αερίων ενθαρρύνουν την πόλωση.

Η επίδραση του ενός ιόντος στο άλλο καθορίζει το είδος του δεσμού μεταξύ Α+ και Β–. Το θετικό ιόν έλκει τα ηλεκτρόνια του αρνητικού ιόντος ενώ απωθεί τον πυρήνα, προκαλώντας παραμόρφωση ή πόλωση του αρνητικού ιόντος. Το αρνητικό ιόν θα πολώσει και το θετικό ιόν. Ωστόσο, επειδή τα ανιόντα είναι συνήθως μεγάλα και τα κατιόντα μικρά, η επίδραση ενός μεγάλου ιόντος σε ένα μικρό θα είναι πολύ λιγότερο εμφανής.

Εάν ο βαθμός πόλωσης είναι μικρότερος, η σύνδεση εξακολουθεί να είναι κυρίως ιοντική. Όταν η πόλωση είναι υψηλή, τα ηλεκτρόνια ρέουν από το αρνητικό ιόν στο θετικό, με αποτέλεσμα μεγάλη συγκέντρωση ηλεκτρονίων μεταξύ των δύο πυρήνων και υψηλό βαθμό ομοιοπολικού δεσμού.

Παραδείγματα κανόνα των Fajans

Παράδειγμα 1:Ποιο από τα ιόντα F– ή ένα ιόν I– θα ήταν πιο πολώσιμο;

Απάντηση: Το γεγονός ότι τα πολικά ανιόντα είναι συχνά μεγάλα και ισχυρά φορτισμένα μπορεί να χρησιμοποιηθεί προς όφελός μας. Ένα ιόν F- είναι ένα μόνο φορτισμένο, μικροσκοπικό σωματίδιο. Ένα ιόν Ι- έχει το ίδιο φορτίο με ένα πρωτόνιο αλλά είναι πολύ μεγαλύτερο. Ως αποτέλεσμα, ένα ιόν είναι πιο πιθανό να είναι πολώσιμο.

Παράδειγμα 2:Συγκρίνετε τα οξείδια και τα σουλφίδια του νατρίου με τα οξείδια και τα σουλφίδια του χαλκού (I). Παρόλο που αυτά τα κατιόντα έχουν παρόμοια ακτίνα, το οξείδιο του νατρίου και το θειούχο νάτριο αντιδρούν με το νερό όπως οι συμβατικές ιοντικές ενώσεις, αλλά το οξείδιο του χαλκού (Ι) και το θειούχο χαλκό (Ι) είναι σχεδόν εξ ολοκλήρου αδιάλυτα στο νερό. Εξηγήστε.

Απάντηση: Σύμφωνα με τον κανόνα του Fajans, το κατιόν στη διάταξη των μη ευγενών αερίων έχει μεγαλύτερη τάση προς την ομοιοπολικότητα. Σύμφωνα με την έννοια της ηλεκτραρνητικότητας Pauling, μια διαφορά στην ηλεκτραρνητικότητα 2,5 για το οξείδιο του νατρίου υποδηλώνει σε μεγάλο βαθμό ιοντικούς δεσμούς. Αντίθετα, μια διαφορά 1,5 για το οξείδιο του χαλκού(I) δείχνει ένα στερεό ομοιοπολικό συστατικό στη σύνδεση.

Παράδειγμα 3:Το KCl έχει μεγαλύτερο σημείο τήξης από το AgCl, αν και οι κρυσταλλικές ακτίνες του Ag+ και τα ιόντα Κ+ είναι σχεδόν πανομοιότυπα. Εξηγήστε.

Απάντηση: Όταν δύο ενώσεις έχουν παρόμοια σημεία τήξης, αυτή με το χαμηλότερο σημείο τήξης θεωρείται ότι έχει χαμηλότερο βαθμό ιοντικού χαρακτήρα. Καθώς και τα δύο είναι χλωρίδια σε αυτό το παράδειγμα, το ανιόν παραμένει το ίδιο. Το κατιόν πρέπει να είναι ο αποφασιστικός παράγοντας. (Εάν τα ανιόντα ήταν διαφορετικά, η απάντηση μπορεί να επηρεαστεί από την παραλλαγή των ανιόντων.) Οι ηλεκτρονικές διατάξεις των κατιόντων διαφέρουν σημαντικά σε αυτή την περίπτωση. 4d10, K+=[Ar] και Ag+ =[Kr]. Αυτό απαιτεί σύγκριση μεταξύ ενός πυρήνα ευγενούς αερίου και ενός ψευδοευγενούς πυρήνα αερίου, με το ψευδοευγενές αέριο να είναι πιο πολικό.

Παράδειγμα 4:Ποια ένωση θα έπρεπε θεωρητικά να είναι η πιο ιοντική και ομοιοπολική μεταξύ των αλογονιδίων μετάλλων;

Απάντηση: Τεχνικά, το μικρότερο μεταλλικό ιόν και το μεγαλύτερο ανιόν θα πρέπει να είναι το πιο ομοιοπολικό. Ως αποτέλεσμα, το LiI έχει την υψηλότερη ομοιοπολική τιμή. Το πιο ιοντικό κατιόν και ανιόν πρέπει να είναι το μεγαλύτερο και το μικρότερο. Ως αποτέλεσμα, το CsF θα πρέπει να είναι η πιο ιοντική ένωση.

Παράδειγμα 5:Τακτοποιήστε τα ακόλουθα στοιχεία σε αύξουσα σειρά ομοιοπολικότητας:

• Φθοριούχο νάτριο (NaF), χλωριούχο νάτριο (NaCl), βρωμιούχο νάτριο (NaBr), ιωδικό νάτριο

• LiF, NaF, KF, RbF, CsF

Απάντηση:

1. Θα συγκρίνουμε τα ανιόντα καθώς το κατιόν είναι το ίδιο. Όσο μεγαλύτερο είναι το μέγεθος των ανιόντων, τόσο μεγαλύτερη είναι η ομοιοπολικότητα. Επομένως, η αύξουσα σειρά ομοιοπολικότητας είναι:NaF

2. Καθώς το ανιόν είναι το ίδιο και στις δύο περιπτώσεις, η σύγκριση γίνεται μεταξύ των κατιόντων. Όσο μικρότερο είναι το κατιόν, τόσο μεγαλύτερη είναι η ομοιοπολικότητα. Ως αποτέλεσμα, η σειρά γίνεται:CsF

Συμπέρασμα

Αυτό το άρθρο εξηγεί παραδείγματα σχετικά με τον κανόνα του Fajan. Με βάση ορισμένους παράγοντες που περιλαμβάνονται στον κανόνα του Fajans, πολλές ενώσεις μπορούν να διαφοροποιηθούν με βάση τη φύση του δεσμού τους. Οι ενώσεις δεν είναι ποτέ εντελώς 100% ιοντικές ή ομοιοπολικές. Αυτός ο κανόνας βοηθά στον προσδιορισμό του εάν οι ενώσεις είναι κυρίως ιοντικές ή ομοιοπολικές.