Erdődi Ferenc, Gergely Pál, Vereb György

Általános és bioszervetlen kémia

Az ionkötés

Az ionos szilárd anyagok kristályaiban pozitív és negatív töltésű ionok találhatók. Az összetartó erő az ellentétes töltésű részecskék közötti elektrosztatikus vonzás. Kationok létrehozásához, azaz elektronok kiszakításához ionizációs energia befektetésére van szükség. Anionok képződése (elektronfelvétel) általában energiafelszabadulással jár (elektronaffinitás). Mindkét energiaváltozást részletesen áttekintettük az előző fejezetben.

Az ionkristály kialakulását tekintsük át a NaCl példáján. A nátriumatom 3s-orbitálján levő elektron eltávolításához ionizációs energia befektetése szükséges (Ei > 0), miközben az atom mérete jelentősen csökken és nátriumion keletkezik:

Harvard

(): . : . : /hivatkozas/m1438aebszk_320/#m1438aebszk_320 ()

Chicago

. . . : . (: /hivatkozas/m1438aebszk_320/#m1438aebszk_320)

APA

(). . . (: /hivatkozas/m1438aebszk_320/#m1438aebszk_320)

BibTeX EndNote Mendeley Zotero

A klóratomból elektronfelvétellel kloridion képződik. A folyamat energiafelszabadulással jár (Eaff < 0), miközben a kloridion mérete jelentősen megnő:

Harvard

(): . : . : /hivatkozas/m1438aebszk_322/#m1438aebszk_322 ()

Chicago

. . . : . (: /hivatkozas/m1438aebszk_322/#m1438aebszk_322)

APA

(). . . (: /hivatkozas/m1438aebszk_322/#m1438aebszk_322)

BibTeX EndNote Mendeley Zotero

A kloridion képződésekor felszabaduló energia nem fedezi a nátriumion kialakításához szükséges energiát. A nátrium-klorid-kristályrács kialakítása azonban további energiafelszabadulással jár. Az ellentétes töltésű ionok az elektrosztatikus vonzóerő következtében közelednek egymáshoz, ionrácsot alkotnak (21. ábra), potenciális energiájuk csökken, és ezzel újabb energia, rácsenergia szabadul fel.

A kristályrács kialakulásakor felszabaduló energia (-788 kJ/mol) és a kloridion képződésének elektronaffinitása (-349 kJ/mol) együttesen már bőven fedezi a nátriumion létrehozásához szükséges energiát (+496 kJ/mol). Az ionkristály energiaállapota lényegesen alacsonyabb (negatívabb), mint az atomok eredeti állapota volt. Szilárd halmazállapotban az ionvegyületek végtelen kristályrácsot tartalmazó, sztöchiometriai arányú halmazokat alkotnak (22. ábra), és nem tartalmaznak különálló molekulákat. Képletük [pl. NaCl, CaF2, Ab(SO4)3) tehát nem jelöl önálló molekulákat. Az ionvegyületekből hevítéskor azonban különálló, sztöchiometriai összetételnek megfelelő molekulák képz6dnek és lépnek ki a gáztérbe.

Harvard

(): . : . : /hivatkozas/m1438aebszk_325/#m1438aebszk_325 ()

Chicago

. . . : . (: /hivatkozas/m1438aebszk_325/#m1438aebszk_325)

APA

(). . . (: /hivatkozas/m1438aebszk_325/#m1438aebszk_325)

BibTeX EndNote Mendeley Zotero

21. ábra. Nátrium-klorid-kristály elemi egysége. A kristályrács típusa lapon centrált, köbös. A rács középpontján (az ábrán takarva) és az éleken találhatók a kisebb méretű nátriumionok, míg a csúcsban és a lapok középpontján a kloridionok

Harvard

(): . : . : /hivatkozas/m1438aebszk_327/#m1438aebszk_327 ()

Chicago

. . . : . (: /hivatkozas/m1438aebszk_327/#m1438aebszk_327)

APA

(). . . (: /hivatkozas/m1438aebszk_327/#m1438aebszk_327)

BibTeX EndNote Mendeley Zotero

22. ábra. Az ionkristályt összetartó erők. Az ionkristály rétegei közötti elektrosztatikus vonzóerőt a + és – töltések váltakozó sorrendje alakítja ki. Az ionkristály nem nyújtható, erőhatásra eltörik, mert a rétegek eltolása elektrosztatikus taszítóerőket hoz létre

Az ionkristályok képződésénél említettük a rácsenergiát. Értelmezéséhez felhasználjuk a könyv későbbi fejezetében (Kémiai termodinamika) leírt entalpiaváltozást (∆H) és Hess tételét is. A rácsenergia ugyanis a kristályrácsban található, különböző távolságban lévő – tehát nemcsak a szomszédos – kationok és anionok közötti vonzóerőket, valamint az azonos töltések közötti taszítóerőket egyaránt magában foglalja. Számítása ennek megfelelően igen bonyolult feladat. A rácsenergia azonban meghatározható Hess tételének a segítségével a Born–Fajans–Haber-körfolyamatban. A 23. ábra a NaCl-ionkristály képződését mutatja be.

Harvard

(): . : . : /hivatkozas/m1438aebszk_330/#m1438aebszk_330 ()

Chicago

. . . : . (: /hivatkozas/m1438aebszk_330/#m1438aebszk_330)

APA

(). . . (: /hivatkozas/m1438aebszk_330/#m1438aebszk_330)

BibTeX EndNote Mendeley Zotero

23. ábra. NaCl-ionkristály képződésének entalpiadiagramja. A körfolyamat Na(s) és 1/2Cl2(g) kiindulási anyagoktól a NaCI(s) ionkristályon át vezet vissza a kiindulási anyagokhoz. A körfolyamatra igaz, hogy a ∆H+∆H2+∆H3+∆H4+∆H5+∆H6 = 0. Az ionkristály képződése az 1–5. lépésekkel, míg elbomlása a 6. lépéssel írható le. A rácsenergia az 5. lépésben felszabaduló ∆Н5 entalpiaváltozással egyenlő

A körfolyamat hat lépését az alábbiakban részletezzük. 1. Egy mól szilárd nátriumból szublimációval az atomok a gáztérbe lépnek. 2. Egy mól Na(g) az első ionizációs energia befektetésével nátriumionná alakul át. 3. A klórgáz fél mólja disszociál klóratomokra. 4. A kloridion képződése már csökkenti a rendszer entalpiáját, az elektronaffinitás energiafelszabadulással jár. 5. Na+(g) és Cl-(g) létrehozza a NaCl(s) ionkristályt, és ennek entalpiaváltozása a rácsenergiának felel meg. 6. Az ionkristály szétesése zárja a körfolyamatot, a befektetett energia hatására ismét a kiindulási anyagokat állítjuk elő. A 6. lépés pontosan fordítottja a NaCl(s) képződési entalpiaváltozásnak (vö. 42. táblázattal). A hat lépés entalpiaváltozásának összege – Hess tételének megfelelően – nulla.

1	Na(s) → Na(g)	∆H1 = szublimációs hő	= +108 kJ
2.	Na(g) → Na+(g) + e–	∆H2 = első ionizációs energia	= +496 kJ
3.	1/2 Cl(g) → Cl(g)	∆H3 = 1/2 Cl–Cl kötési energia	= +122 kJ
4.	Cl(g) + e– → Cl– (g)	∆H4 = klóratom elektronaffinitása	= –349 kI
5.	Na+(g) + Cl– (g) → NaCl(s)	∆H5 = NaCl rácsenergia	= ?
6.	NaCl(s) Na(s) + 1/2 Cl₂(g)	∆Н6 = –∆ search	= +411 kJ

∆H1+ ∆H2+ ∆H3 + ∆H4 + ∆H5 + ∆H6 = 0 (Hess tétele)

108 kJ + 496 kJ + 122 kJ – 349 kJ + ∆H5 + 411 kJ = 0

∆H5 =

= (–108 – 496 – 122 + 349 – 411) kJ = –788 kJ

Az ionok elektronkonfigurációját az eredeti atom periódusos rendszerbeli helyzete határozza meg. Az s-mező atomjai (és az Al) elektronleadással alakítanak ki stabil nemesgáz-konfigurációjú kationokat. A p-mező atomjainak többsége elektronfelvétellel hoz létre monoatomos anionokat nemesgázkonfigurációval.

Kationok			Nemesgáz-konfiguráció		Anionok
Li+	Be2+		[He]			H–
Na+	Mg2+	Al3+	[Ne]	N3–	O2–	F–
K+	Ca2+		[Ar]		S2–	Cl–
Rb+	Sr2+		[Kr]		Se2–	Br–
Cs+	Ba2+		[Xe]		Te2–	I–

A d-mező fématomjai változatos szerkezetű kationokat alkotnak. Ezek lehetnek nemesgáz-konfigurációjúak (Sc3+, Y3+, La3+), nemesfém-konfigurációjúak d10 elektronszerkezettel (Cu+, Zn2+, Ag+, Cd2+, Au+, Hg2+) és kationok a d-orbitálon változó elektronszámmal. Az utóbbira néhány példa: Fe2+ (3d6), Fe3+ (3d5), Cu2+ (3d9), Au3+ (5d8) stb.

A kationok kialakulása méretcsökkenéssel jár, míg az anionok képződését jelentős méretnövekedés kíséri. A méretváltozás összhangban van a részecskét alkotó protonok és elektronok számának arányával.

Többatomos, összetett ionok a p-mező atomjainak kovalens kötéssel kialakított anionjai (pl.

). A d-mező fématomjaival bonyolult szerkezetű anionok képződnek (

stb.). Az összetett ionok szerkezetét a kovalens kötésű vegyületeknél értelmezzük.

Példa

A F– ,Mn2+ és Mg2+ ionok közül melyik nem nemesgáz-szerkezetű?

A Mn2+, mert átmeneti fémion. A mangánatom külső elektronkonfigurációja 3d54s2, Mn2+ ioné pedig 3d5.

Tartalomjegyzék

ÁLTALÁNOS ÉS BIOSZERVETLEN KÉMIA
Impresszum
Az Olvasóhoz
chevron_rightÁltalános kémia
- chevron_rightKémiai alapfogalmak
- chevron_rightAz atomok elektronszerkezete és a periódusos rendszer
  - chevron_rightA kvantumelmélet alapjai
    - A fény hullámtermészete
    - Az elektronhullámok és a kvantummechanika
  - chevron_rightSzínképek
    - Emissziós és abszorpciós színképek
    - Atomszínképek
  - A hidrogénatom Bohr-féle modellje
  - chevron_rightA kvantummechanikai atommodell
    - Kvantumszámok
    - Atomorbitálok
  - chevron_rightTöbbelektronos atomok elektronszerkezete
    - Az elektronhéjak energiaszintje
    - Az elektronhéjak felépülésének törvényei
  - chevron_rightAz elemek periódusos rendszere
  - chevron_rightPeriodikus tulajdonságok
- chevron_rightA molekulák szerkezete
  - chevron_rightAz elsődleges kémiai kötés alaptípusai
    - A férnes kötés
    - Az ionkötés
    - chevron_rightA kovalens kötés
      - Kovalens kötéshossz és kötési energia
  - chevron_rightÁtmenet a kötéstípusok között
    - Elektronegativitás
  - chevron_rightA kovalens kötés elmélete
    - chevron_rightA vegyértékkötés-elmélet
    - chevron_rightA molekulaorbitál-elmélet
      - Kétatomos molekulák molekulaorbitáljai
      - Többszörös kötések, delokalizált molekulapályák
  - chevron_rightMásodlagos kémiai kötések
- chevron_rightHalmazállapotok
  - chevron_rightGázhalmazállapot
  - chevron_rightFolyékony és szilárd halmazállapot
- chevron_rightOldatok és kolloidok
- chevron_rightA víz és a vizes oldatok
- chevron_rightKémiai egyensúlyok
- chevron_rightKémiai termodinamika
- chevron_rightReakciókinetika
  - chevron_rightReakciósebesség és reakciómechanizmus
  - chevron_rightHőmérséklet és reakciósebesség
    - Ütközési elmélet
    - chevron_rightAz átmeneti állapot (aktivált komplex) elmélete
      - Kémiai reakciók energiaváltozása
  - chevron_rightTöbb elemi lépésből álló reakciók
  - chevron_rightKatalízis
    - Homogén katalízis
    - Heterogén katalízis
- chevron_rightElektrokémia
  - chevron_rightA redoxifolyamatok áttekintése
  - chevron_rightAz elektrokémia alapjai
- chevron_rightA redoxifolyamatok termodinamikája
  - A Nernst-egyenlet
  - Redoxifolyamatok az anyagcserében
- chevron_rightAz elektrokémia gyakorlati alkalmazásai
chevron_rightBioszervetlen kémia
- chevron_rightKomplex vegyületek
- Az élethez szükséges elemek áttekintése
- chevron_rightAz alkálifémek szerepe biológiai rendszerekben
- chevron_rightA magnézium és a kalcium biológiai jelentősége
  - chevron_rightA magnézium bioszervetlen kémiája
    - Magnéziumkomplexek
  - chevron_rightA kalcium élettani szerepe
- chevron_rightAz átmenetifémek komplexei
  - chevron_rightA vas biológiai jelentősége
    - chevron_rightA vas szerepe az oxigénkötésben és az oxigéntranszportban
    - chevron_rightVas–kén fehérjék biológiai funkciói
      - Citokrómok
      - Kataláz, peroxidáz, citokróm-P450
    - chevron_rightVasanyagcsere
  - chevron_rightA réz biológiai jelentősége
    - chevron_rightA réz biokémiai evolúciója. Fontosabb rézfehérjék
    - chevron_rightRézfehérjék az elektrontranszportban
    - chevron_rightA rézanyagcsere és zavarai
      - Wilson-kór
      - Menkes-kór
  - chevron_rightA cinkcsoport elemeinek biológiai jelentősége
    - chevron_rightA cink biológiai funkciói
      - Cinkenzimek szerkezete
      - „Cinkujj” fehérjék szerkezete
  - Metallotioneinek és funkciójuk
  - chevron_rightA molibdén és a mangán biológiai szerepe
    - Molibdénkomplexek
    - Mangánkomplexek
  - A vanádium, króm, kobalt és nikkel élettani hatása
  - A platinakomplexek daganatellenes hatása
- chevron_rightAz alumínium- és az óncsoport elemeinek biológiai szerepe
  - Az alumínium hatása az emberi szervezetre
  - Óncsoport: germánium, ón, ólom
- chevron_rightA szilíciumvegyületek biológiai szerepe
- chevron_rightA nitrogén és foszfor szerepe a biológiai rendszerekben
- chevron_rightAz oxigéncsoport elemeinek biológiai jelentősége
  - chevron_rightAz oxigén bioszervetlen kémiája
  - chevron_rightA szelén biológiai jelentősége
    - A szelénvegyületek élettani hatásai
- chevron_rightA halogének bioszervetlen kémiája
chevron_rightIrodalom a bioszervetlen kémia fejezeteihez
Rendszám- és atomtömeg-táblázat

Kiadó: Semmelweis Kiadó

Online megjelenés éve: 2026

ISBN: 978 963 331 705 1

Orvostudomány

A könyv feladata, hogy az orvostudományt, gyógyszerésztudományt és biológiát választó egyetemi szak hallgatóit és e téma iránt érdeklődőket megismertesse egyrészt a kémia tudomány alapjaival, az általános kémiával, másrészt a fémek és nemfémes elemek biológiai szerepével, a bioszervetlen kémiával vagy másképp, szervetlen biokémiával.

Hivatkozás: https://mersz.hu/erdoddi-gergely-vereb-altalanos-es-bioszervetlen-kemia//

BibTeX EndNote Mendeley Zotero