Глава 6. Свойства на взаимодействащи атоми

6.1.Разпределение на електронната плътност при взаимодействие на атомите

а) Eлектростатично взаимодействие на йони

Степента на окисление като брой на електричните заряди, падащи се на съответния атом в съединението, отразява действителната форма на присъствие на ограничен брой елементи, способни да образуват самостоятелни прости аниони и катиони.

Косел в 1915 г. полага основите на теорията за йонната връзка, която обяснява химичните взаимодействия със стремежа на атомите към завършена 8-електронна конфигурация на външния слой. Такава конфигурация се постига или чрез откъсване,или чрез присъединяване на електрони. Например натрият губи един електрон и придобива конфигурацията на неона, а хлорът присъединява един електрон и придобива конфигурацията на аргона. Между двете частици Na⁺ и Na^- възникват сили на електростатично привличане, които обуславят стабилността на химичното съединение NaCl. Наличието на самостоятелни катиони и аниони в кристалните структури, водните разтвори, силикатните топилки и други геохимични системи е експериментално доказано. При съединяването на натрия и хлора в NaCl се отделя енергия, което означава,че потенциалната енергия на системата NaCl е по-малка от сумарната енергия на самостоятелните натриеви и хлорни атоми. Именно стремежът към минимална потенциална енергия е двигател на химичното взаимодействие, а електронните преобразувания са начинът, по който се постига по-ниското енергетично ниво. Изграждането на 8-електронна обвивка тип благороден газ е само един частен случай на електронно преобразуване и не изчерпва възможностите за енергетични взаимодействия на атомите, водещи до понижение на потенциалната енергия.

При интерпретацията на йонните взаимодействия е необходимо да се имат предвид следните обстоятелства:

Електростатичното поле действа еднакво във всички посоки, т.е. има сферична симетрия. Ако си представим ядрото на един катион като точков положителен заряд, а електронната обвивка и координационния полиедър от окръжаващи аниони като две концентрични системи от отрицателни заряди, с които ядрото взаимодейства, то най-пълна компенсация на положителния заряд ще се постигне, ако двете системи от отрицателни заряди имат сферична симетрия и максимална електронна плътност. На електронно ниво това се постига с изграждането на конфигурация тип благороден газ, а на ниво аниони с високо координационно число. Оптимална е дванадесеторната координация при най-плътна кубична и хексагонална опаковка. Пределното координационно число 12 изисква размерите на електричните полета да са съизмерими. Колкото по-голяма е .разликата в размерите, толкова по-ниско е координационното число и по-малка вероятността за йонна връзка.Формален показател за йонност на връзката е нейната