Proč $ \ ce {PCl_5} $ existuje v pevném stavu jako $ \ ce {[PCl_6] ^ {-} [PCl_4] ^ {+}} $? Jaký je problém s tím, že neexistuje v původní podobě v pevném stavu? Stejně jako proč to není jen $ \ ce {PCl_5} $ v pevném stavu?
V plynné fázi nelze ionty stabilizovat solvatací nebo mřížkovými silami, takže ionty jsou destabilizovány vzhledem k neiontovým entitám v plynné fázi. $ \ ce {NaCl} $ je příkladem, v plynné fázi existuje jako rovnováha monomerů a dimerů. Přesto v pevné fázi existuje jako vysoce iontový krystal. Tento příklad ukazuje, že přechod z plynu na pevnou látku může dramaticky ovlivnit relativní stabilitu iontových a kovalentních struktur.
Totéž platí pro případ $ \ ce {PCl_5} $. V plynné fázi existuje jako kovalentní sloučenina s trigonální bipyramidovou strukturou. V pevné fázi se však ukazuje, že entalpické vlivy upřednostňují iontovou čtyřboká / oktaedrická struktura $ \ ce {[PCl4] ^ {+} [PCl6] ^ {-}} $. Jednoduše řečeno, iontová struktura se ukazuje být termodynamicky stabilnější v pevné fázi, kde mohou být uspořádány kladné a záporné náboje ke stabilizaci celé mřížky; zatímco v plynné fázi nelze stabilizovat kladné a záporné ionty, takže je upřednostňována kovalentní forma, protože je nyní energeticky nižší než iontová.
Dalším důvodem, proč je v pevné fázi upřednostňována iontová forma, je to, že společné pravidelné geometrické tvary, jako jsou čtyřstěny a osmistěny, umožňují stabilnější uspořádání, protože je lze zabalit blíže k sobě a v uspořádanějším uspořádání než nepravidelné (druh zvláštního tvaru) lze uspořádat trigonální bipyramidy.
Upravit: Odpověď na komentář OP ke stabilizaci iontů
Pokud generujeme iont v plynné fázi, bude s ním spojena určitá energie. Dáme-li tento iont do roztoku, jeho energie bude mnohem menší. Říkáme, že iont byl stabilizován umístěním do roztoku. Některá rozpouštědla stabilizují iont více než jiná rozpouštědla. To se týká dielektrické konstanty rozpouštědla, která je měřítkem polarity rozpouštědla. Čím vyšší je dielektrická konstanta pro rozpouštědlo, tím je polárnější rozpouštědlo a tím lepší je jeho schopnost stabilizovat a snížit energii iontu v něm rozpuštěného.
Zde je obrázek ukazující iont sodíku rozpuštěný ve vodě. Všimněte si, jak se negativní konce dipólů ve vodě (negativně polarizovaný kyslíkový konec molekuly vody) shlukují a orientují kolem kladného iontu. Tato orientace záporných konců více molekul vody kolem pozitivního iontu sodíku stabilizuje iont v roztoku. V plynné fázi taková stabilizace neexistuje. V plynné fázi je to jen „nahý“ iont bez jakékoli vnější stabilizace, takže v plynné fázi bude mít iont vyšší energii.
zdroj obrázku viz část „Solvation od Ions“
Zde je další obrázek zobrazující (vpravo) chlorid sodný v krystalové mřížce. Ionty sodíku a chloridu se sbíhají kolem sebe a plní stejnou funkci jako rozpouštědlo. Opačné náboje se uspořádají kolem sebe, aby minimalizovaly elektrostatický odpor mezi stejnými ionty a maximalizovaly stabilizující elektrostatickou přitažlivost mezi opačně nabitými ionty. Prostřednictvím těchto typů uspořádání může „mřížka“ stabilizovat ionty podobně jako rozpouštědlo dokáže stabilizovat ionty. V důsledku toho jak rozpouštědla, tak krystalové mřížky stabilizují ionty a snižují svou energii ve srovnání s energií iontů v plynné fázi, kde taková stabilizace neexistuje.