مميزات وسمات المركبات الأيونية

تعريف المركبات الأيونية

تتكون المركبات الأيونية من خلال الروابط الأيونية، حيث تنشأ هذه الروابط نتيجة وجود فرق في الجاذبية الكهربائية بين الذرات. توجد علاقة طردية بين هذا الفرق وقوة الجذب بين الأيونات الموجبة والسالبة المكونة للذرات. وتتميز هذه المركبات بخصائص فريدة منها:

• تتشكل المركبات الأيونية نتيجة ترابط الذرات عبر الروابط الأيونية.
• تُعتبر الرابطة الأيونية من بين أقوى الروابط الكيميائية المعروفة.
• تحتوي الرابطة الأيونية على ذرتين، إحداهما تحمل شحنة موجبة جزئية والأخرى شحنة سالبة جزئية. هذا يجعل الرابطة قطبية، وبالتالي تكون المركبات قطبية أيضًا، مما يفسر قابليتها للذوبان في الماء، ويجعلها شوارد (ذرات مشحونة) جيدة.
• تتميز المركبات الأيونية بدرجات انصهار وغليان عالية، بالإضافة إلى محتوى مرتفع من الاندماج والتبخر.

التركيب البلوري

تتشكل المركبات الأيونية في صورة بلورات. تتكون البلورة من مجموعة من الأيونات السالبة والموجبة، مرتبة بالتناوب ومرتبطة معًا في شكل شبكة منتظمة. هذا يختلف عن العديد من المركبات الأخرى التي تشكل جزيئات منفصلة.

بمعنى آخر، تتكون البلورات الأيونية من شبكة ثلاثية الأبعاد من الأيونات الموجبة (الكاتيونات) والسالبة (الأنيونات) التي تتناوب وتتفاعل مع بعضها البعض من خلال قوى كهروستاتيكية قوية. هذه الترتيبات المنتظمة تعطي البلورات الأيونية خصائصها المميزة.

ارتفاع درجات الغليان والانصهار

تتميز المركبات الأيونية بارتفاع درجات غليانها وانصهارها. ويرجع ذلك إلى قوة الرابطة الأيونية، التي تتطلب قدرًا كبيرًا من الطاقة لكسرها والتغلب عليها.

لذلك، تتطلب المركبات الأيونية درجات حرارة عالية جدًا للتحول من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة (الانصهار) ومن الحالة السائلة إلى الحالة الغازية (الغليان). هذه الخاصية تجعلها مناسبة للاستخدام في التطبيقات التي تتطلب استقرارًا حراريًا عاليًا.

المحتوى الحراري العالي للتبخر والانصهار

غالبًا ما يكون المحتوى الحراري للانصهار والتبخر للمركبات الأيونية أعلى بكثير (من 10 إلى 100 مرة) من معظم المركبات الجزيئية. بالإضافة إلى ذلك، تتميز المركبات الأيونية بارتفاع درجات غليانها وانصهارها.

المحتوى الحراري للتبخر يعبر عن الحرارة اللازمة لتبخير مول واحد من المركب السائل تحت ضغط ثابت، بينما يعبر المحتوى الحراري للانصهار عن الحرارة اللازمة لإذابة مول واحد من المادة الصلبة تحت ضغط ثابت.

الصلابة والهشاشة

نتيجة لقوة التجاذب بين الأيونات الموجبة والسالبة وصعوبة فصلها، تكون البلورات الأيونية صلبة. ومع ذلك، عند تطبيق ضغط على البلورات الأيونية، قد تضطر الأيونات المتشابهة إلى الاقتراب من بعضها البعض.

كما تتميز المركبات الأيونية الصلبة بأنها هشة أيضًا. وذلك لأن قوة التنافر الكهربائي الساكن قد تكون كافية لفصل البلورة.

التوصيل الكهربائي

تستطيع المركبات الأيونية توصيل التيار الكهربائي عندما تكون الأيونات أو الجسيمات التي تحمل شحنة حرة الحركة. أما في الحالة الصلبة، فلا تستطيع المركبات الأيونية توصيل التيار الكهربائي إلا في حالة إذابتها في الماء أو صهرها.

يعود السبب في ذلك إلى أن الأيونات في الحالة الصلبة تكون مقيدة في مواقعها البلورية ولا يمكنها الحركة بحرية. ولكن عند إذابتها في الماء أو صهرها، تتحرر الأيونات وتصبح قادرة على حمل الشحنة الكهربائية، مما يسمح بتوصيل التيار الكهربائي.

العزل الكهربائي

لا يمكن توصيل الكهرباء عبر المركبات الأيونية في حالتها الصلبة. على الرغم من إمكانية توصيلها للكهرباء عند صهرها أو إضافتها للمحاليل المائية، وذلك لارتباط الأيونات في الحالة الصلبة ببعضها البعض بشكل وثيق وبإحكام، وبالتالي فإنها تعتبر عوازل جيدة.

بمعنى آخر، تعمل المركبات الأيونية كعوازل كهربائية جيدة في حالتها الصلبة لأن الأيونات مشدودة بإحكام في الشبكة البلورية ولا يمكنها الحركة بسهولة لنقل الشحنة الكهربائية.

خصائص الرابطة الأيونية

تتميز الرابطة الأيونية بعدة خصائص وفقًا لقوة الجذب بين الأيونات الموجبة والسالبة، وهي:

• تشكيل البلورات: تشكل المركبات الأيونية شبكات بلورية، وتبدو البلورات الجزيئية أكثر نعومة من البلورات الأيونية. تعد ذرات البلورة الأيونية هيكلًا منتظمًا من الكاتيون (أيون موجب الشحنة) والأنيون (أيون سالب الشحنة) اللذين يشكلان بنية ثلاثية الأبعاد، حيث تملأ الأيونات الأصغر (الكاتيون) الفجوات بين الأيونات الأكبر (الأنيون) بالتساوي.
• درجة الحرارة والانصهار والغليان: تملك درجة حرارة وانصهار وغليان مرتفعة، وتساعد درجة الحرارة المرتفعة على التجاذب بين الأيونات الموجبة والسالبة في المركبات الأيونية، وتحتاج عملية انصهار وغليان المركبات الأيونية إلى كمية عالية من الطاقة.
• المحتوى الحراري: يوجد لديها محتوى حراري من الاندماج والتبخر أعلى مما هو عليه في المركبات الجزيئية، ويصل إلى ضعف يتراوح ما بين 10 – 100 مرة، ويقصد بالمحتوى الحراري للانصهار مقدار الحرارة اللازمة لصهر مول واحد من المادة الصلبة تحت ضغط ثابت، والمحتوى الحراري للتبخر هو الحرارة اللازمة لتبخر مول واحد من المركب السائل تحت ضغط ثابت.
• طبيعتها: تبدو صلبة لأن الأيونات الموجبة والسالبة تنجذب بقوة إلى بعضها بعضًا، وليس من السهولة فصلها، لكن عند ممارسة الضغط على بلورة أيونية، فإن الأيونات المتشابهة الشحنة قد تنجذب إلى بعضها، وتبدو الرابطة الأيونية هشة، لأن التنافر الإلكتروستاتيكي قادر على تقسيم البلورة الأيونية.
• التوصيل: تعد موصلة للكهرباء تحديدًا عندما تذوب في الماء.
• العزل: تبدو عازلة للكهرباء؛ لأن الأيونات مرتبطة معًا بقوة.

أمثلة على مركبات أيونية

يوضح الجدول الآتي مجموعة من الأمثلة على المركبات الأيونية: