Dlaczego związki metali i niemetali składają się z jonów?

Cząsteczki jonowe składają się z wielu atomów, których liczba elektronów różni się od liczby ich stanu podstawowego. Gdy atom metalu wiąże się z atomem niemetalu, atom metalu zazwyczaj traci elektron na rzecz atomu niemetalu. Nazywa się to wiązaniem jonowym. To, że dzieje się tak w przypadku związków metali i niemetali, wynika z dwóch okresowych właściwości: energii jonizacji i powinowactwa elektronowego.

Metale układu okresowego obejmują wszystkie pierwiastki z grup od pierwszej do trzeciej z wyjątkiem wodoru, a także kilka innych pierwiastków z prawych dolnych obszarów układu. Do niemetali natomiast zaliczamy wszystkie pierwiastki z grupy siódmej i ósmej, a także kilka innych pierwiastków z grupy czwartej, piątej i szóstej.

Energia jonizacji pierwiastka opisuje ilość energii potrzebną do spowodowania utraty elektronu przez atom. Metale mają zwykle niskie energie jonizacji. Oznacza to, że „chcą” pozbyć się elektronu w reakcji chemicznej. Z drugiej strony wiele niemetali ma wysokie energie jonizacji, co oznacza, że ​​są mniej skłonne do utraty elektronu w reakcji.

Powinowactwo elektronowe to zmiana energii, gdy neutralny atom pierwiastka zyskuje elektron. Niektóre atomy chętniej zdobywają elektrony niż inne. Metale mają małe powinowactwo do elektronów i dlatego nie przyjmują elektronów chętnie. Z drugiej strony wiele niemetali ma duże powinowactwa elektronowe; uwalniają większą ilość energii po przyjęciu elektronów. Oznacza to, że niemetale znacznie chętniej przyjmują elektrony niż metale. Odpowiada to ich pozycjom w układzie okresowym. Reaktywne niemetale są zbliżone do grupy ośmiu pierwiastków, które mają pełne zewnętrzne powłoki elektronowe. Grupa osiem elementów jest bardzo stabilna. W związku z tym niemetal, który znajduje się o jeden lub dwa elektrony od pełnej powłoki elektronowej, będzie chciał uzyskać te elektrony i osiągnąć stan stabilny.

Koncepcje energii jonizacji i powinowactwa elektronowego są połączone w trzeci okresowy trend zwany elektroujemnością. Różnice elektroujemności między pierwiastkami opisują rodzaj wiązań między atomami. Jeśli różnice elektroujemności są bardzo małe, wiązania są kowalencyjne. Jeśli różnice elektroujemności są duże, wiązania są jonowe. Różnice elektroujemności między metalami a większością niemetali są wysokie. Dlatego wiązania mają charakter jonowy. Ma to sens w odniesieniu do energii jonizacji i powinowactwa elektronowego; atomy metali chcą stracić elektrony, a atomy niemetali chcą je zyskać.