2.2 IONISIDOS IONISIDOKSEN MUODOSTUMINEN Metalleilla on pieni elektronegatiivisuus, joten ne luovuttavat ulkoelektroninsa epämetalleille, joiden elektronegatiivisuus on suuri. Metalli voi luovuttaa joko kaikki ulkoelektroninsa tai vain osan niistä. Metallit, jotka kuuluvat d- tai p-lohkoon, eivät kuitenkaan aina luovuta kaikkia ulkoelektronejaan. Tällöin sanotaan, että ne voivat esiintyä useilla eri hapetusluvuilla.

Epämetalli vastaanottaa elektroneja ja saa p-orbitaalin täyteen muodostaessaan negatiivisen ionin, jolla on lähimmän jalokaasun rakenne, s 2 p 6.

IONIYHDISTEEN RAKENNE Positiivinen metallikationi ja negatiivinen epämetallianioni vastakkaismerkkisinä vetävät toisiaan puoleensa. Ionihilassa jokaisella kationilla ja anionilla on oma paikkansa. Yksittäistä ionisidosta ei hilasta voida osoittaa. Natriumkloridihilassa jokaista natriumionia ympäröi kuusi kloridi-ionia ja jokaista kloridi-ionia ympäröi kuusi natriumionia. Pienintä yksikköä, jota monistamalla saadaan koko kiderakenne, kutsutaan alkeiskopiksi.

Natriumkloridin kidehilassa on kationeja ja anioneja yhtä paljon, joten ionien lukumäärien suhde on 1:1. Kaava kirjoitetaan NaCl. Ioniyhdisteen kationi kirjoitetaan ennen anionia. Seuraavaan taulukkoon on koottu muutamia happoja ja niiden anioniosia.

Suoloja syntyy happojen ja emästen välisissä protoninsiirto reaktioissa, neutraloitumisreaktioissa. Kun vesi haihdutetaan pois, emäksestä peräisin olevan kationin ja haposta muodostuvan anionin välille muodostuu ionisidos ja kiteytyy suolaa.

Taulukossa on esimerkkejä ioniyhdisteistä. Kationeja ja anioneja on kaavayksikössä sellainen määrä, että ionivarausten summa on nolla.

Hapetusluvut merkitään nollaa lukuun ottamatta roomalaisilla numeroilla, joiden eteen on merkitty varaus, esimerkiksi 0, +I, –I, +III, –IV. Kaavassa hapetusluku voidaan kirjoittaa atomin kemiallisen merkin yläpuolelle. Nimessä se sijoitetaan sulkuihin ionin nimen perään.

2.3 METALLISIDOS Metallisidosta kuvataan mallilla, jossa metallit luovuttavat ulkoelektronejaan yhteiseksi elektronipilveksi, jossa elektronit pääsevät liikkumaan vapaasti koko metallikappaleessa. Elektronipilvi liimaa metallikationit kiinni toisiinsa, eikä yksittäistä atomien välistä sidosta voida erottaa.

Metalleissa atomit ovat pakkautuneet tiiviiksi säännölliseksi rakenteeksi, jota sanotaan metallihilaksi.

Atomien pakkautuminen ja elektronimeressä vapaasti liikkuvat elektronit aiheuttavat metalleille hyvän sähkön- ja lämmönjohtokyvyn, läpinäkymättömyyden ja hiotun pinnan kiillon. Metallien on taipuisa sillä, hilarakenteessa metallisidoksella ei ole tiettyä suuntaa avaruudessa. Metalliatomeja on vaikea irrottaa toisistaan, mutta niitä on voidaan siirtää siten, että atomikerrokset liukuvat toistensa suhteen. Metallikappaleita voidaan muokata takomalla, puristamalla ja vetämällä uuteen muotoon jo normaalilämpötiloissa, kuumentamatta.

Ulkoelektronien määrä vaikuttaa metallisidoksen vahvuuteen. –Alkalimetalleilla ulkoelektroneja on vain yksi yhtä metalliatomia kohti ja sidokset ovat suhteellisen heikkoja. –Alkalimetalleilla on alhaiset sulamispisteet. –Maa-alkalimetallien ja siirtymäalkuaineiden sulamispisteet ovat huomattavasti korkeampia. Metallien ominaisuuksia voidaan muuttaa valmistamalla metalliseoksia eli lejeerinkejä, joissa on sekaisin kahta tai useampaa alkuainetta. Raakarauta sisältää paljon hiiltä, joten seos on kovaa mutta haurasta. –Kun osa raakaraudan hiilestä poistetaan ja lisätään muita seosaineita, saadaan teräksiä. –Ruostumattomassa teräksessä seosaineena on mm. kromia.

Kulta ja hopea ovat puhtaina metalleina liian pehmeitä käytettäviksi koruihin ja käyttöesineisiin. Kultakoruissa käytetäänkin seosaineena hopeaa ja kuparia, valkokullassa palladiumia.

2.4 VAHVAT SIDOKSET JA AINEEN OMINAISUUDET KITEISET JA AMORFISET AINEET Kiteisissä aineissa rakenneosilla on tietty järjestys, ja ne muodostavat kolmiulotteisen kidehilan. Lasi, useat muovit, kiinteät rasvat ja piki tulevat kuumennettaessa aina vain pehmeämmiksi. Niiden rakenneosat ovat epäjärjestyksessä, eikä niillä ole tarkkaa sulamispistettä. Tällaisia aineita sanotaan amorfisiksi.

SULAMISPISTE Ioniyhdisteissä ionien väliset vetovoimat ovat vahvoja, ja ioniyhdisteet ovat kiinteitä, haihtumattomia aineita, joiden sulamispiste on korkea. Sulamispiste vaihtelee, koska ionisidoksen vahvuus riippuu siihen osallistuvien ionien koosta ja ionivarauksesta. Ionisidokset ovat sitä vahvempia, mitä suurempia ovat ionivaraukset ja mitä pienempiä ovat ionit. Esimerkiksi CaCl 2 :n sulamispiste on 782 °C ja CaO:n 2614 °C.

MEKAANISET OMINAISUUDET Ionikiteet ovat hauraita ja taipumattomia. Atomihilat ovat erittäin lujia. –Timantti ja boorinitridi ovat kovimpia tunnettuja aineita. Molekyyliyhdisteiden muodostamat kidehilat pysyvät koossa heikkojen sidosten avulla. Siksi nämä yhdisteet ovat hauraita.

SÄHKÖNJOHTOKYKY Aineet jaetaan sähkönjohtokyvyn mukaan johteisiin, puolijohteisiin ja eristeisiin. Kiinteät ioniyhdisteet eivät johda sähköä, koska ionit eivät pääse liikkumaan. Sulina ja vesiliuoksina ioniyhdisteet johtavat sähköä, koska ionit pääsevät liikkumaan nesteessä. Metallit ovat erittäin hyviä sähkön- ja lämmönjohteita. Elektronit pääsevät liikkumaan metallihilassa lähes vastuksetta. Molekyyliyhdisteet eivät yleensä johda sähköä.