Ο κανόνας των Fajans

Το 1923, ο Kazimierz Fajans διατύπωσε κανόνες για να προβλέψει εάν ο δεσμός είναι κυρίως ιοντικός ή ομοιοπολική. Ο κανόνας του Fajans μπορεί να εξηγηθεί μέσω της έννοιας του χημικού δεσμού και των τύπων του. Αυτό το άρθρο καλύπτει την κύρια περιγραφή του κανόνα των Fajans και των αξιωμάτων του. Ας δούμε μια σύντομη περιγραφή του χημικού δεσμού πριν εμβαθύνουμε στον κανόνα των Fajans.

Χημικός δεσμός:

Μεταξύ όλων των ατόμων, μόνο τα ευγενή αέρια θα υπάρχουν ελεύθερα. Αλλά όλα τα άλλα άτομα θα συνδυαστούν εύκολα με τα άτομα για να σχηματίσουν διαφορετικά μόρια. Αυτή η διαδικασία συνδυασμού δύο ή περισσότερων ατόμων θα οδηγήσει σε χημικό δεσμό.

Σε αυτή τη διαδικασία, δύο ή περισσότερα άτομα θα μεταφέρουν ή θα μοιραστούν ηλεκτρόνια μεταξύ τους ή με το εξωτερικό κέλυφος άλλων ατόμων. Τα άτομα θα επιτύχουν μια σταθερή διαμόρφωση ευγενών αερίων με ελάχιστη ενέργεια.

Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι χημικών δεσμών, ως εξής:

Ιωνικός δεσμός
Ομοιοπολικός δεσμός
Συντεταγμένος ομοιοπολικός δεσμός

Ιωνικός δεσμός:

Όταν ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια μεταφέρονται από τη στιβάδα σθένους ενός ατόμου στη στιβάδα σθένους ενός άλλου ατόμου ονομάζεται ιοντικός δεσμός. Η ηλεκτρονική τους διαμόρφωση θα είναι πιο κοντά στη διαμόρφωση ευγενούς αερίου.
Το άτομο που δίνει ηλεκτρόνια θα γίνει θετικά φορτισμένο και ονομάζεται θετικό ιόν.
Το άτομο που παίρνει ηλεκτρόνια από ένα άλλο άτομο θα γίνει αρνητικά φορτισμένο και ονομάζεται αρνητικό ιόν.

Για παράδειγμα:Na+ + Cl–(g) → NaCl(α)

Ομοιοπολικός δεσμός:

Τα δύο άτομα μοιράζονται τα ηλεκτρόνια αμοιβαία μεταξύ τους. Αυτός ο τύπος αμοιβαίας κοινής χρήσης ηλεκτρονίων ονομάζεται ομοιοπολικός δεσμός.
Ο G.N.Lewis εισήγαγε την έννοια του ομοιοπολικού δεσμού το 1916.
Όταν τα δύο άτομα μοιράζονται ηλεκτρόνια μεταξύ τους μέχρι το εξωτερικό τους περίβλημα, η ηλεκτρονική διαμόρφωση των δύο ατόμων θα είναι πιο κοντά σε αυτήν της ηλεκτρονικής διαμόρφωσης των ευγενών αερίων.

Παράδειγμα:H+ + Cl– → H–Cl

Συντεταγμένος ομοιοπολικός δεσμός:

Ο ομοιοπολικός δεσμός συντεταγμένων ονομάζεται επίσης δοτικός δεσμός. Ο Lewis προτείνει επίσης αυτό το είδος δεσμού. Όταν και τα δύο ηλεκτρόνια μοιράζονται από ένα μόνο άτομο για να σχηματίσουν τον δεσμό, ονομάζεται ομοιοπολικός δεσμός συντεταγμένων.

Κανόνας Fajans:

Ο Fajans διατύπωσε κανόνες για να προβλέψει εάν ένας δεσμός είναι κυρίως ιοντικός ή ομοιοπολικός. Δεν είναι πάντα ότι ένας δεσμός πρέπει να είναι εντελώς ομοιοπολικός ή εντελώς ιοντικός. Ο ομοιοπολικός δεσμός συχνά μπορεί να έχει ιοντικό χαρακτήρα και ένας ιονικός δεσμός θα έχει ομοιοπολικό χαρακτήρα. Αυτός ο τύπος δεσμού ονομάζεται πόλωση ιόντων.

Η πόλωση των ιόντων συμβαίνει όταν δύο ιόντα με αντίθετα φορτία έρχονται σε επαφή με το καθένα Άλλο, το ανιόν και το κατιόν ελκύουν το ένα το άλλο. Ταυτόχρονα θα υπάρχει απώθηση μεταξύ του πυρήνα τους που έχει θετικό φορτίο και των ηλεκτρονίων τους που είναι αρνητικού φορτίου. Ως αποτέλεσμα αυτής της έλξης και απώθησης μεταξύ του ανιόντος και του κατιόντος, θα αλλάξει το σχήμα του ιόντος από σφαιρικό σε παραμορφωμένο σχήμα (παραμόρφωση), εμφανίζεται παραμόρφωση ή πόλωση στα ανιόντα.

Η παραμόρφωση των ανιόντων είναι πολωμένη προς το κατιόν και η παραμόρφωση του κατιόντος είναι πολωμένο προς το ανιόν. Μεταξύ αυτών, η παραμόρφωση των ανιόντων συμβαίνει κυρίως από την πόλωση των κατιόντων. Θα υπάρχει υψηλή συγκέντρωση φορτίου ηλεκτρονίων μεταξύ των δύο πυρήνων λόγω της πόλωσης των ιόντων. Ως αποτέλεσμα, αυτό οδηγεί στο σχηματισμό ενός δεσμού μεταξύ ιοντικού και ομοιοπολικού. Αυτός ο δεσμός ονομάζεται πολικός ομοιοπολικός δεσμός, ο οποίος είναι πιο σταθερός από έναν καθαρό ομοιοπολικό δεσμό.

Η παραμόρφωση των ιόντων φαίνεται παρακάτω.

Τι είναι ο κανόνας του Fajans;

Για να προβλέψει εάν ο δεσμός είναι κυρίως ομοιοπολικός ή κυρίως ιοντικός, ο Fajans πρότεινε ορισμένους κανόνες σχετικά με την πόλωση των ιόντων που παρατίθενται παρακάτω:

Όταν το μέγεθος του κατιόντος είναι μικρότερο, η ισχύς πόλωσης θα είναι μεγαλύτερη. Αυτό σημαίνει ότι θα υπάρξει πόλωση του ανιόντος σε μεγάλο βαθμό. Τα κατιόντα με θετικό φορτίο θα έχουν μόνο μικρή επιφάνεια. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα υψηλή πυκνότητα φορτίου, που οδηγεί σε παραμόρφωση των ανιόντων σε μεγαλύτερο βαθμό, δηλαδή σχηματισμό ομοιοπολικών δεσμών. Θα υπάρχει χαμηλή πολωτική ισχύς για το κατιόν, το οποίο έχει μεγαλύτερο μέγεθος, δηλαδή σχηματισμό ιοντικού δεσμού.
Όσο μεγαλύτερο είναι το μέγεθος του ανιόντος, τόσο μεγαλύτερη θα είναι η πολικότητα. Αυτός ο τύπος ανιόντος θα παραμορφωθεί εύκολα και θα πολωθεί εύκολα από ένα κατιόν, σχηματίζοντας δηλαδή έναν ομοιοπολικό δεσμό. Όταν το μέγεθος ενός ανιόντος είναι μικρό, σχηματίζει έναν ιοντικό δεσμό.
Ένα υψηλό φορτίο τόσο στα κατιόντα όσο και στα ανιόντα θα οδηγήσει σε αποτελεσματική πόλωση. Η πόλωση προκαλείται από την ηλεκτροστατική δύναμη μεταξύ ανιόντος και κατιόντος και η ηλεκτροστατική δύναμη θα αυξηθεί όταν τα ιόντα έχουν υψηλό φορτίο πάνω τους. Θα υπάρξει περισσότερος σχηματισμός ομοιοπολικού δεσμού. Όταν το φορτίο είναι μικρότερο, θα υπάρξει ο σχηματισμός ιοντικού δεσμού.

Όταν τα κατιόντα έχουν ψευδοδιάταξη αδρανούς αερίου (ns2p6d10) ή διαμόρφωση αδρανούς ζεύγους (d10(n+1)s2), θα έχουν υψηλή πολωτική ισχύ λόγω υψηλού αποτελεσματικού πυρηνικού φορτίου. Ενώ τα κατιόντα που έχουν διαμόρφωση ευγενούς αερίου (ns2p6) θα έχουν χαμηλή πολωτική ισχύ λόγω χαμηλού ενεργού πυρηνικού φορτίου.

Επιπτώσεις της πόλωσης:

Η πόλωση των ανιόντων έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό πολικών ομοιοπολικών δεσμών, που δίνει μεγαλύτερη σταθερότητα. Ως εκ τούτου, τα βρωμίδια και τα ιωδίδια έχουν υψηλές ενέργειες πλέγματος και υψηλές σταθερότητες.
Μια αύξηση στο σχηματισμό ενός ομοιοπολικού δεσμού θα μειώσει τη διαλυτότητα των ιοντικών ενώσεων σε πολικούς διαλύτες.
Μια αύξηση του ομοιοπολικού χαρακτήρα θα οδηγήσει επίσης σε μείωση της σκληρότητας των ιοντικών ενώσεων.

Επεξήγηση του κανόνα των Fajans μέσω ενός παραδείγματος:

Το σημείο τήξης του KCl είναι υψηλότερο από το AgCl, αλλά κατά τη σύγκριση των ακτίνων των Ag+ &K+, είναι σχεδόν ίδια. Αυτό οφείλεται στο ότι το μόριο έχει χαμηλό σημείο τήξης και χαμηλό ιοντικό χαρακτήρα. Έτσι, η δύναμη πόλωσης βασίζεται στο κατιόν. Το K+ έχει μια διαμόρφωση πιο κοντά στη διαμόρφωση ευγενούς αερίου και το Ag+ θα έχει μια διαμόρφωση πιο κοντά στη διαμόρφωση ψευδο ευγενών αερίων. Έτσι, το Ag+ θα έχει περισσότερο ιοντικό χαρακτήρα και ως εκ τούτου το σημείο τήξης του θα είναι επίσης υψηλό.

Συμπέρασμα:

Ο κανόνας του Fajans είναι σημαντικός για την εύρεση της φύσης του κυρίαρχου χαρακτήρα δεσμού ιόντων. Αυτό το άρθρο εξήγησε τους κανόνες του Fajans με τη βοήθεια ενός παραδείγματος. Οι κανόνες του Fajans καταγράφηκαν επίσης για να προσδιορίσουν την πόλωση των ιόντων και έτσι να προβλέψουν τη φύση των χημικών δεσμών μεταξύ των στοιχείων.