– Kim loại điển hình (ví dụ: sodium) phản ứng rất mạnh với phi kim điển hình (ví dụ: chlorine) tạo ra hợp chất ion. Khi đó, nguyên tử kim loại nhường electron để tạo thành ion mang điện tích dương (cation) còn nguyên tử phi kim nhận electron để trở thành ion mang điện tích âm (anion). Có thể mô tả quá trình tạo thành ion như sau:

– Sự tạo thành ion dương (cation): 

Na (nhường e)               →      Na⁺

1s²2s²2p⁶3s¹                     1s²2s²2p⁶

Nguyên tử sodium           Cation sodium 

– Sự tạo thành ion âm (anion)

Cl (nhận e)                →       Cl^–

1s22s22p63s²3p⁵             1s22s22p63s²3p⁶

Nguyên tử chlorine          Anion chloride

– Số đơn vị điện tích của ion dương (cation) bằng số electron mà nguyên tử đã nhường.

Ví dụ:

Na  →  Na+ + 1e

Tên gọi: cation sodium

Mg → Mg²⁺ + 2e

Tên gọi: cation magnesium

Al →  Al³⁺ + 3e

Tên gọi: cation aluminium

– Số đơn vị điện tích của ion âm (anion) bằng số electron mà nguyên tử đã nhận.

Ví dụ:

Cl + 1e  → Cl^–

Tên gọi: anion chloride

F + 1e →  F^‒

Tên gọi: anion fluoride 

S + 2e →  S^2-

Tên gọi: anion sulfide

– Các ion thường có cấu hình electron bền vững của nguyên tử khí hiếm gần nhất với nguyên tố tạo thành ion đó trong bảng tuần hoàn.

– Ngoài các ion được tạo thành từ một nguyên tử (ion đơn nguyên tử) như Na⁺, Mg²⁺, Cl^–,… còn có các ion tạo thành từ hai hay nhiều nguyên tử (ion đa nguyên tử), ví dụ: NH₄⁺, OH^–, NO₃^–, HCO₃^–, SO₄^2-, PO₄^3-

Nguyên tử nhường electron tạo thành cation hoặc nhận electron tạo thành anion.

– Sodium chloride: Khi kim loại sodium kết hợp với phi kim chlorine, tạo thành các ion Na⁺ và Cl^– các ion này tích điện trải dầu sẽ hút nhau tạo thành liên kết ion.

– Có thể biểu diễn sự tạo thành liên kết ion trong phân tử NaCl như sau:

– Calcium chloride: Khi kim loại calcium kết hợp với phi kim chlorine, tạo thành các con Ca²⁺ và Cl^–. Các ion này tích điện trái dấu sẽ hút nhau tạo thành liên kết ion.

– Có thể biểu diễn sự tạo thành liên kết ion trong phân tử CaCl₂ như sau:

– Lực hút tĩnh điện giữa các ion tích điện trái dấu trong phân tử (hay tinh thể) tạo ra liên kết ion. – Liên kết ion thường được hình thành giữa kim loại điển hình và phi kim điển hình. – Các hợp chất tạo nên từ các ion được gọi là những hợp chất ion.

a. Cấu trúc của tinh thể ion

– Các ion được sắp xếp theo một trật tự nhất định trong không gian theo kiều mạng lưới, trong đó ở các nút của mạng lưới là những ion dương và ion âm được sắp xếp luân phiên, liên kết chặt chẽ với nhau do sự cân bằng giữa lực hút (các ion trái dấu hút nhau) và lực đây (các ion cũng dầu đầy nhau), tạo thành mạng tinh thể ion.

Ví dụ: Xét tinh thể muối ăn.

Hình 11.1. Sự sắp xếp của các ion trong tinh thể sodium chloride.

a) Mô hình đặc                           b) Mô hình rỗng

– Trong tinh thể sodium chloride, mỗi ion sodium được bao quanh bởi 6 ion chloride gần nhất và mỗi ion chloride cũng được bao quanh bởi 6 ion Sodium gần nhất.

– Trong tinh thể ion, số ion cùng dấu bao quanh một lon trải dấu phụ thuộc vào kiều mạng lưới tinh thể, số điện tích và kích thước của ion.

– Do lực hút giữa các cation và anion không có tính bão hoà và tính định hướng nên chúng có xu hướng hút lẫn nhau, tạo ra mạng lưới các ion trong không gian ba chiều.

b. Độ bền và tính chất của hợp chất ion

– Trong tinh thể ion, giữa các ion có lực hút tĩnh điện rất mạnh nên các hợp chất son thường là chất rắn, khó nóng chảy, khó bay hơi ở điều kiện thường. Ví dụ: Nhiệt độ nóng chảy của MgO là 2800°C.

– Do lực hút tĩnh điện rất mạnh giữa các ion nên các tỉnh thể ion khá rắn chắc, nhưng khá giòn. Đây là tính chất đặc trưng của tinh thể ion.

Ví dụ: Tinh thể muối ăn ở dạng rắn, cứng, nhưng khi tác dụng một lực mạnh thì bị vỡ vụn.

– Các hợp chất ion thường tan nhiều trong nước. Khi tan trong nước, các ion bị tách khỏi mạng lưới tinh thể, chuyển động khá tự do và là tác nhân dẫn điện, Ở trạng thái rắn, các ion không di chuyền tự do được nên hợp chất son không dẫn điện. Tuy nhiên, ở trạng thái nóng chảy, các ion có thể chuyển động khá tự do nên hợp chất ion dẫn điện.

Hình 11.2. Potassium hydroxide là hợp chất ion được dùng làm chất dẫn điện trong pin alkaline (pin kiềm)

– Liên kết ion trong phần tử hay tinh thể được tạo thành nhờ lực hút tĩnh điện của các ion mang điện tích trái dấu. Liên kết ion thường tạo thành từ các nguyên tử kim loại điển hình và phi kim điển hình, phân tử thu được là hợp chất ion. Cấu trúc của mạng tinh thể ion: các ion được sắp xếp theo trật tự nhất định trong không gian theo kiều mạng lưới (ở các nút mạng là các ion dương và ion âm xếp luân phiên liên kết chặt chẽ với nhau do cân bằng lực hút và lực đây).  – Các hợp chất ion thường là chất rắn có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao, có khả năng dẫn điện khi tan trong nước hay khi nóng chảy.