Ionii și compușii ionici Chimie introductivă

Până acum, am discutat despre elemente și compuși care sunt neutri din punct de vedere electric. Au același număr de electroni ca și protoni, deci sarcinile negative ale electronilor sunt echilibrate de sarcinile pozitive ale protonilor. Cu toate acestea, acest lucru nu este întotdeauna cazul. Electronii se pot deplasa de la un atom la altul; atunci când se întâmplă, se formează specii cu sarcini electrice generale. Astfel de specii se numesc ioni. Speciile cu sarcini pozitive globale sunt denumite cationi, în timp ce speciile cu sarcini negative generale sunt numite anioni. Amintiți-vă că ionii se formează numai atunci când electronii se deplasează de la un atom la altul; un proton nu se mișcă niciodată de la un atom la altul. Compușii formați din ioni pozitivi și negativi sunt numiți compuși ionici .

Atomii individuali pot câștiga sau pierde electroni. Când o fac, devin ioni monatomici. Când atomii câștigă sau pierd electroni, de obicei câștigă sau pierd un număr caracteristic de electroni și astfel iau o sarcină generală caracteristică. Tabelul 3.6 „Ionii monatomici ai diferitelor încărcături” enumeră câțiva ioni comuni în ceea ce privește câți electroni pierd (produc cationi) sau câștigă (produc anioni). Există mai multe lucruri de observat despre ioni în Tabelul 3.6 „Ioni monatomici ai diferitelor încărcături”. În primul rând, fiecare element care formează cationi este un metal, cu excepția unuia (hidrogen), în timp ce fiecare element care formează anioni este un nemetal. Aceasta este de fapt una dintre proprietățile chimice ale metalelor și nemetalelor: metalele tind să formeze cationi, în timp ce nemetalele tind să formeze anioni. În al doilea rând, majoritatea atomilor formează ioni cu o singură sarcină caracteristică. Când atomii de sodiu formează ioni, aceștia formează întotdeauna o încărcare de 1+, niciodată o sarcină de 2+ sau 3+ sau chiar o singură sarcină. Astfel, dacă trimiteți informațiile din Tabelul 3.6 „Ioni monatomici ai diferitelor încărcături” în memorie, veți ști întotdeauna ce încărcări formează cei mai mulți atomi. (În capitolul 9 „Legături chimice”, vom discuta de ce formează atomii sarcinile pe care le fac.)

Tabelul 3.6 Ionii monatomici ai diferitelor sarcini

Ionii formați prin pierderea unui singur electron H +
Pe +
K +
Rb +
Ag +
Au +
Ionii formați prin pierderea a doi electroni Mg 2+
Aproximativ 2+
Noi 2+
Fe 2+
Co 2+
Până la 2+
Cu 2+
Zn 2+
Sn 2+
Hg 2+
Pb 2+
Ionii formați prin pierderea a trei electroni Sc 3+
Fe 3+
Co 3+
Până la 3+
Au 3+
Al 3+
Cr 3+
Ionii formați prin pierderea a patru electroni Tu 4+
Sn 4+
Pb 4+
Ionii formați prin obținerea unui singur electron F -
Cl -
Br -
Eu -
Ionii formați prin câștigarea a doi electroni O 2−
S 2−
Se 2−
Ionii formați prin câștigarea a trei electroni N 3−
P 3−

În al treilea rând, există câteva excepții de la punctul anterior. Câteva elemente, toate metalele, pot forma mai multe sarcini posibile. De exemplu, atomii de fier pot forma 2+ cationi sau 3+ cationi. Cobaltul este un alt element care poate forma mai mult de un ion încărcat posibil (2+ și 3+), în timp ce plumbul poate forma 2+ sau 4+ cationi. Din păcate, nu prea se înțelege ce două sarcini ar putea prelua un atom de metal, deci este mai bine să memorăm doar posibilele sarcini pe care le poate avea un anumit element.

Rețineți convenția pentru indicarea unui ion. Mărimea încărcării este listată ca un superindice dreapta lângă simbolul elementului. Dacă taxa este una singură pozitivă sau negativă, numărul 1 nu este scris; dacă magnitudinea încărcării este mai mare de 1, atunci numărul este scris înainte de semnul + sau -. Un simbol al elementului fără o sarcină scrisă lângă el se presupune că este atomul neîncărcat.

Denumirea unui ion este simplă. Pentru un cation, pur și simplu utilizați numele elementului și adăugați cuvântul ion (sau, dacă doriți să fiți mai specific, adăugați cation) după numele elementului. Deci Na + este ionul de sodiu; Ca 2+ este ionul de calciu. Dacă elementul are mai multe sarcini posibile, valoarea încărcăturii vine după numele elementului și înainte de cuvântul ion. Astfel, Fe 2+ este fierul cu doi ioni, în timp ce Fe 3+ este fierul cu trei ioni. În tipar, folosim cifre romane între paranteze pentru a reprezenta sarcina pe ion, deci acești doi ioni de fier ar fi reprezentați ca cationul de fier (II) și respectiv cationul de fier (III).

Pentru un anion monatomic, utilizați tulpina numelui elementului și adăugați sufixul -ide la acesta, apoi adăugați ion. Acest lucru este similar cu modul în care am numit compușii moleculari. Astfel, Cl - este ionul clorură, iar N 3− este ionul nitrid.

Exemplul 6

Denumiți fiecare specie.

  1. O 2−
  2. Co
  3. Co 2+

  1. Această specie are o sarcină de 2, deci este un anion. Anionii sunt denumiți folosind tulpina numelui elementului cu sufixul -ide adăugat. Acesta este anionul oxid.
  2. Deoarece această specie nu are nicio sarcină, este un atom în forma sa elementară. Acesta este cobaltul.
  3. În acest caz, există o sarcină de 2+ pe atom, deci este un cation. Observăm din Tabelul 3.6 „Ioni monatomici ai diferitelor încărcături” că cationii de cobalt pot avea două sarcini posibile, deci numele ionului trebuie să specifice ce încărcare are ionul. Acesta este cationul cobalt (II).

Denumiți fiecare specie.

  1. P 3−
  2. Noi 2+

  1. anionul fosfidic
  2. cationul de stronțiu

Formulele chimice pentru compușii ionici se numesc formule ionice. O formulă ionică adecvată are un cation și un anion; un compus ionic nu se formează niciodată între doi cationi sau numai doi anioni. Cheia scrierii unor formule ionice adecvate este simplă: sarcina pozitivă totală trebuie să echilibreze sarcina negativă totală. Deoarece sarcinile ionilor sunt caracteristice, uneori trebuie să avem mai mult de un cation sau anion pentru a echilibra sarcinile pozitive și negative generale. Este convențional să se utilizeze cel mai mic raport de ioni care sunt necesari pentru a echilibra sarcinile.

De exemplu, luați în considerare compusul ionic dintre Na + și Cl -. Fiecare ion are o singură încărcare, una pozitivă și una negativă, deci avem nevoie de un singur ion din fiecare pentru a echilibra sarcina generală. La scrierea formulei ionice, urmăm două convenții suplimentare: (1) scrieți mai întâi formula pentru cation și următoarea formulă pentru anion, dar (2) nu scrieți sarcinile pe ioni. Astfel, pentru compusul dintre Na + și Cl -, avem formula ionică NaCl (Figura 3.5 „NaCl = sare de masă”). Formula Na 2Cl 2 are, de asemenea, sarcini echilibrate, dar convenția este de a utiliza cel mai mic raport de ioni, care ar fi unul din fiecare. (Amintiți-vă din convențiile noastre pentru scrierea formulelor că nu scriem un 1 indiciu dacă există un singur atom dintr-un anumit element prezent.) Pentru compusul ionic dintre cationii de magneziu (Mg 2+) și anionii oxidici (O 2−), din nou, avem nevoie doar de unul din fiecare ion pentru a echilibra taxele. Prin convenție, formula este MgO.