Cwestiynau Enghreifftiol yn Trafod Bondiau Ionig
Mae bond ïonig yn fath o fond cemegol a ffurfir trwy drosglwyddo un neu fwy o electronau o un atom i'r llall, gan arwain at ddau ïon â gwefrau cyferbyniol sydd wedyn yn denu ei gilydd. Mae'r bond hwn fel arfer yn digwydd rhwng metelau ac anfetelau. Yn yr erthygl hon, byddwn yn edrych ar enghreifftiau a thrafodaethau sy'n gysylltiedig â bondio ïonig i'n helpu i ddeall y cysyniad hwn yn well.
Diffiniad a Nodweddion Bondiau Ionig
Mae bondiau ïonig yn digwydd pan fydd atomau'n rhyngweithio i gyflawni cyfluniad electronau mwy sefydlog. Yn nodweddiadol, mae atomau metel yn colli electronau i gyflawni cyfluniad nwy nobl, gan ddod yn gatïonau â gwefr bositif. I'r gwrthwyneb, mae atomau anfetel yn ennill electronau i ddod yn anionau â gwefr negyddol. Enghraifft gyffredin o fondio ïonig yw ffurfio sodiwm clorid (NaCl) o sodiwm (Na) a chlorin (Cl).
Mae gan sodiwm (Na) gyfluniad electron o 2,8,1 ac mae'n tueddu i golli un electron i gyflawni cyfluniad sefydlog o 2,8. Ar y llaw arall, mae gan glorin (Cl) gyfluniad electron o 2,8,7 ac mae'n tueddu i dderbyn un electron i gyflawni cyfluniad sefydlog o 2,8,8. Pan fydd sodiwm yn colli un electron i glorin, mae ïonau Na⁺ a Cl⁻ yn cael eu ffurfio sy'n denu ei gilydd i ffurfio bond ïonig, gan gynhyrchu'r halen NaCl.
Problem Enghraifft 1: Ffurfiant Bondiau Ionig mewn NaCl
1. Cwestiwn: Eglurwch sut mae bondiau ïonig yn cael eu ffurfio rhwng sodiwm (Na) a chlorin (Cl).
Atebion a Thrafodaeth:
– Cam 1: Penderfynu ar gyfluniad yr electronau.
– Sodiwm (Na): Rhif atomig 11, cyfluniad electronau 2,8,1.
– Clorin (Cl): Rhif atomig 17, cyfluniad electronau 2,8,7.
– Cam 2: Penderfynu ar y tueddiadau atomig.
– Mae sodiwm (Na) yn tueddu i ryddhau un electron i gyflawni'r cyfluniad 2,8, gan ddod yn ïon Na⁺.
– Mae clorin (Cl) yn tueddu i dderbyn un electron i gyflawni cyfluniad 2,8,8, gan ddod yn ïon Cl⁻.
– Cam 3: Ffurfio bondiau.
– Mae sodiwm yn rhyddhau electronau i ddod yn Na⁺ gyda gwefr o +1.
– Mae clorin yn derbyn electronau i ddod yn Cl⁻ gyda gwefr o -1.
– Mae ïonau Na⁺ a Cl⁻ yn denu ei gilydd ac yn ffurfio bondiau ïonig yn y cyfansoddyn NaCl sefydlog.
Cwestiwn Enghraifft 2: Ffurfiant Bondiau Ionig mewn MgO
2. Cwestiwn: Eglurwch sut mae bond ïonig yn ffurfio rhwng magnesiwm (Mg) ac ocsigen (O) i ffurfio magnesiwm ocsid (MgO).
Atebion a Thrafodaeth:
– Cam 1: Penderfynu ar gyfluniad yr electronau.
– Magnesiwm (Mg): Rhif atomig 12, cyfluniad electronau 2,8,2.
– Ocsigen (O): Rhif atomig 8, cyfluniad electronau 2,6.
– Cam 2: Penderfynu ar y tueddiadau atomig.
– Mae magnesiwm (Mg) yn tueddu i ryddhau dau electron i gyflawni'r cyfluniad 2,8, gan ddod yn ïon Mg²⁺.
– Mae ocsigen (O) yn tueddu i dderbyn dau electron i gyflawni'r cyfluniad 2,8, gan ddod yn ïon O²⁻.
– Cam 3: Ffurfio bondiau.
– Mae magnesiwm yn rhyddhau dau electron i ddod yn Mg²⁺ gyda gwefr o +2.
– Mae ocsigen yn derbyn dau electron i ddod yn O²⁻ gyda gwefr o -2.
– Mae ïonau Mg²⁺ ac O²⁻ yn denu ei gilydd i ffurfio bondiau ïonig yn y cyfansoddyn MgO.
Enghraifft 3: Cyfrifo Ynni Ymarfer Delltog NaCl
3. Cwestiwn: Pennwch yr egni dellt sydd ei angen i ffurfio NaCl o'i ïonau.
Atebion a Thrafodaeth:
Ynni dellt yw'r ynni sy'n cael ei ryddhau pan fydd ïonau yn y cyflwr nwyol yn cyfuno i ffurfio un mol o grisial solet o gyfansoddyn ïonig. Gellir amcangyfrif ynni dellt NaCl gan ddefnyddio hafaliad Born-Haber.
Gellir mynegi egni dellt fel y gwahaniaeth egni cyfan rhwng yr ïonau yn y cyflwr nwyol a'r egni pan fyddant wedi'u rhwymo mewn dellt grisial solet.
Ar gyfer NaCl:
– Ynni dyrchafiad Na: ΔH_sub = 107 kJ/mol
– Ynni ïoneiddio Na: ΔH_ion = 496 kJ/mol
– Ynni daduniad Cl₂: ΔH_diss/2 = 122 kJ/mol
– Affinedd electron Cl: ΔH_ea = -349 kJ/mol
– Ynni'r dellt (U): Anhysbys, mae'n rhaid i ni ddod o hyd iddo.
O gylchred Born-Haber, gallwn ysgrifennu:
U = ΔH_sub(Na) + ΔH_ïon(Na) + ΔH_diss(Cl₂)/2 + ΔH_ea(Cl) – ΔH_ffurf
Os ydym yn gwybod bod enthalpi ffurfio (ffurf ΔH) NaCl yn -411 kJ/mol, yna:
U = (107 + 496 + 122 – 349) kJ/mol – (-411 kJ/mol)
U = 107 + 496 + 122 – 349 + 411
U ≈ 787 kJ/mol
Enghraifft 4: Graff o Ynni Potensial yn erbyn Pellter Rhwng Ionau
4. Cwestiwn: Lluniwch graff o egni potensial yn erbyn y pellter rhwng ïonau Na⁺ a Cl⁻ yn NaCl, ac esboniwch beth sy'n digwydd pan fydd y pellter rhwng y ddau ïon yn newid.
Atebion a Thrafodaeth:
Gellir disgrifio'r egni potensial rhwng dau ïon mewn cyfansoddyn ïonig gan ddefnyddio hafaliad Coulomb:
\[ E \propto \frac{q_1 q_2}{r} \]
Lle mae \(E \) yn cynrychioli'r egni potensial, \(q_1 \) a \(q_2 \) yn wefrau'r ïonau, ac \(r \) yw'r pellter rhwng yr ïonau. Mae'r graff o egni potensial yn erbyn y pellter rhwng ïonau fel arfer yn gromlin sy'n lleihau wrth iddo agosáu at sero ac yna'n cynyddu'n sydyn wrth i'r pellter agosáu at sero.
– Pellter Mawr (r yw mawr iawn): Mae'r egni potensial yn agos at sero oherwydd bod y grym deniadol rhwng ïonau Na⁺ a Cl⁻ yn wan iawn.
– Pellter Delfrydol (tua pellter y dellt grisial): Mae'r egni potensial yn cyrraedd ei werth lleiaf, sy'n dangos y cyflwr mwyaf sefydlog lle mae Na⁺ a Cl⁻ yn cael eu denu'n eithaf cryf ond nid yn rhy agos. Dyma'r pellter lle mae'r grisial NaCl yn fwyaf sefydlog.
– Pellter Bach (r yw bach iawn): Mae'r egni potensial yn cynyddu'n sydyn oherwydd bod gwrthyriad rhwng cymylau electron y ddau ïon, gan eu gyrru i ffwrdd oddi wrth ei gilydd.
I gloi, mae bondio ïonig yn egwyddor sylfaenol mewn cemeg, sy'n ymwneud â'r rhyngweithio electromagnetig rhwng ïonau â gwefr gyferbyniol. Mae deall y cysyniad hwn trwy wahanol fathau o broblemau a'u hatebion yn ein helpu i ddeall ymddygiad cyfansoddion o dan wahanol amodau. Drwy feistroli'r cysyniad hwn, gallwn werthfawrogi sut mae bondiau cemegol yn ffurfio a sut mae'r strwythurau crisialog rydyn ni'n dod ar eu traws ym mywyd beunyddiol yn cael eu ffurfio.
