3.3: 3.3.3 Vzorce pro iontové sloučeniny

S některými chemickými vzorci pro jednoduché iontové sloučeniny jsme se již setkali. Chemický vzorec je stručný výčet prvků ve sloučenině a poměrů těchto prvků. Abychom lépe pochopili, co chemický vzorec znamená, musíme se zamyslet nad tím, jak je iontová sloučenina sestavena ze svých iontů.

Iontové sloučeniny existují jako střídající se kladné a záporné ionty v pravidelných trojrozměrných polích zvaných krystaly (obrázek \(\PageIndex{1}\)). Jak vidíte, v poli nejsou žádné jednotlivé „částice“ NaCl; místo toho je zde souvislá mřížka střídajících se sodíkových a chloridových iontů. Jako způsob popisu sloučeniny však můžeme použít poměr sodíkových a chloridových iontů, vyjádřený v nejnižších možných celých číslech. V případě chloridu sodného je poměr sodných a chloridových iontů, vyjádřený nejnižšími celými čísly, 1:1, takže pro vyjádření sloučeniny používáme NaCl (jeden symbol Na a jeden symbol Cl). NaCl je tedy chemický vzorec pro chlorid sodný, což je stručný způsob popisu relativního počtu různých iontů ve sloučenině. Makroskopický vzorek se skládá z myriád párů NaCl; každý pár se nazývá vzorcová jednotka. Ačkoli je vhodné si myslet, že krystaly NaCl jsou složeny z jednotlivých jednotek NaCl, obrázek \(\PageIndex{1}\) ukazuje, že žádný jednotlivý iont není výlučně spojen s žádným jiným jednotlivým iontem. Každý iont je obklopen ionty s opačným nábojem.

Vzorec iontové sloučeniny se řídí několika konvencemi. Za prvé, kationt se píše před aniontem. Protože většina kovů tvoří kationty a většina nekovů anionty, uvádí se ve vzorcích obvykle nejprve kov a pak nekov. Za druhé, ve vzorci se nezapisují náboje. Pamatujte, že v iontové sloučenině jsou složkami ionty, nikoli neutrální atomy, i když vzorec neobsahuje náboje. A konečně, správný vzorec pro iontovou sloučeninu se vždy řídí následujícím pravidlem: celkový kladný náboj se musí rovnat celkovému zápornému náboji. Chcete-li určit správný vzorec libovolné kombinace iontů, určete, kolik každého iontu je potřeba k vyrovnání celkového kladného a záporného náboje ve sloučenině.

Toto pravidlo nakonec vychází ze skutečnosti, že hmota je celkově elektricky neutrální.

Podíváme-li se na iontovou sloučeninu složenou z iontů lithia a iontů bromidu, vidíme, že iont lithia má náboj 1+ a iont bromidu má náboj 1-. K vyrovnání těchto nábojů je zapotřebí pouze jeden iont každého z nich. Vzorec pro bromid lithný je LiBr.

Pokud je iontová sloučenina tvořena hořčíkem a kyslíkem, má iont hořčíku náboj 2+ a atom kyslíku má náboj 2-. Přestože oba tyto ionty mají vyšší náboj než ionty v bromidu lithném, stále se vzájemně vyvažují v poměru jedna ku jedné. Proto je správný vzorec této iontové sloučeniny MgO.

Nyní uvažujme iontovou sloučeninu tvořenou hořčíkem a chlorem. Ion hořčíku má náboj 2+, zatímco ion chloru má náboj 1-:

Mg2+ Cl-

Sloučením jednoho iontu každého z nich se kladné a záporné náboje zcela nevyváží. Nejjednodušší způsob, jak tyto náboje vyrovnat, je předpokládat přítomnost dvou chloridových iontů pro každý hořečnatý ion:

Mg2+ Cl- Cl-

Nyní jsou kladné a záporné náboje vyrovnány. Mohli bychom zapsat chemický vzorec pro tuto iontovou sloučeninu jako MgClCl, ale konvencí je použít číselný index, pokud existuje více než jeden iont daného typu-MgCl2. Tento chemický vzorec říká, že v něm je jeden hořečnatý ion a dva chloridové ionty. (Část vzorce „Cl2“ nečtěte jako molekulu dvouatomového prvku chloru. Chlor v této sloučenině neexistuje jako dvouatomový prvek. Spíše existuje jako dva jednotlivé chloridové ionty.) Podle konvence se ve vzorcích iontových sloučenin používá nejnižší celočíselný poměr. Vzorec Mg2Cl4 má vyrovnané náboje s ionty v poměru 1:2, ale není to nejnižší celočíselný poměr.

.