Правила Фаджанса

Объясняет ковалентный характер молекул

В неорганической химии правила Фаянса , сформулированные Казимежем Фаянсом в 1923 году, ^{[1] [2] [3]} используются для предсказания того, будет ли химическая связь ковалентной или ионной , и зависят от заряда катиона и относительных размеров катиона и аниона . Их можно суммировать в следующей таблице:

Диаграмма, иллюстрирующая связь между атомным и ионным радиусом

Неполярная ковалентная связь (слева), полярная ковалентная связь (в центре), ионная связь (справа)

Так, хлорид натрия (с низким положительным зарядом (+1), довольно большим катионом (~1 Å) и относительно небольшим анионом (0,2 Å) является ионным; а иодид алюминия (AlI ₃ ) (с высоким положительным зарядом (+3) и большим анионом) является ковалентным.

Поляризация увеличится за счет:

• высокий заряд и малый размер катиона
  • Ионный потенциал Å Z+/r+ (= поляризующая способность)
• Высокий заряд и большой размер аниона
  • Поляризуемость аниона связана с деформируемостью его электронного облака (т.е. его «мягкостью»).
• Неполная электронная конфигурация валентной оболочки
  • Конфигурация катиона в виде благородного газа обеспечивает лучшее экранирование и меньшую поляризующую способность.
    • например, Hg ²⁺ (r+ = 102 pm) более поляризующий, чем Ca ²⁺ (r+ = 100 pm)

«Размер» заряда в ионной связи зависит от числа переданных электронов. Например, атом алюминия с зарядом +3 имеет относительно большой положительный заряд. Этот положительный заряд затем оказывает притягивающую силу на электронное облако другого иона, который принял электроны от положительного иона алюминия (или другого).

Два противоположных примера могут проиллюстрировать разницу в эффектах. В случае иодида алюминия присутствует ионная связь с большим ковалентным характером. В связи AlI ₃ алюминий приобретает заряд +3. Большой заряд тянет электронное облако иода. Теперь, если мы рассмотрим атом иода, мы увидим, что он относительно большой, и, таким образом, электроны внешней оболочки относительно хорошо защищены от ядерного заряда. В этом случае заряд иона алюминия будет «тянуть» электронное облако иода, притягивая его ближе к себе. Когда электронное облако иода приближается к атому алюминия, отрицательный заряд электронного облака «компенсирует» положительный заряд катиона алюминия. Это создает ионную связь с ковалентным характером. Катион, имеющий конфигурацию, подобную инертному газу, имеет меньшую поляризующую способность по сравнению с катионом, имеющим конфигурацию, подобную псевдоинертному газу.

График процентного содержания ионного характера

Ситуация иная в случае фторида алюминия , AlF ₃ . В этом случае йод заменяется фтором, относительно небольшим сильно электроотрицательным атомом. Электронное облако фтора менее защищено от ядерного заряда и, таким образом, будет менее поляризуемым. Таким образом, мы получаем ионное соединение (металл, связанный с неметаллом) со слабым ковалентным характером.

Ссылки

1. Фаянс, К. (1923). «Структура и деформация электронов в их работе по химическому и оптическому оборудованию». Die Naturwissenschaften . 11 (10): 165–72. Бибкод : 1923NW.....11..165F. дои : 10.1007/BF01552365.
2. Фаянс, К.; Йоос, Г (1924). «Мольрефракция фон Ионен и Молекулен им Lichte der Atomstruktur». Zeitschrift für Physik . 23 : 1–46. Бибкод : 1924ZPhy...23....1F. дои : 10.1007/BF01327574.
3. Фаянс, К. (1924). «II. Die Eigenschaften salzartiger Verbindungen und Atombau». Zeitschrift für Kristallographie - Кристаллические материалы . 61 (1): 18–48. дои :10.1524/zkri.1924.61.1.18.

Внешние ссылки

• Адриан Фейерс. "Глава 4: Химическая связь". Химия в перспективе . chembook.co.uk.