3.3: Formler for ionforbindelser

Vi har allerede stødt på nogle kemiske formler for simple ionforbindelser. En kemisk formel er en kortfattet liste over grundstofferne i en forbindelse og forholdet mellem disse grundstoffer. For bedre at forstå, hvad en kemisk formel betyder, må vi se på, hvordan en ionisk forbindelse er opbygget af dens ioner.

Ioniske forbindelser findes som vekslende positive og negative ioner i regelmæssige, tredimensionelle arrays kaldet krystaller (figur \(\PageIndex{1}\)). Som du kan se, er der ikke nogen individuelle NaCl-“partikler” i matrixen; i stedet er der et kontinuerligt gitter af skiftevis natrium- og kloridioner. Vi kan imidlertid bruge forholdet mellem natrium- og kloridioner, udtrykt i de lavest mulige hele tal, som en måde at beskrive forbindelsen på. I tilfældet med natriumchlorid er forholdet mellem natriumioner og chloridioner, udtrykt i de laveste hele tal, 1:1, så vi bruger NaCl (et Na-symbol og et Cl-symbol) til at repræsentere forbindelsen. NaCl er således den kemiske formel for natriumchlorid, hvilket er en kortfattet måde at beskrive det relative antal forskellige ioner i forbindelsen på. En makroskopisk prøve er sammensat af myriader af NaCl-par; hvert par kaldes en formelenhed. Selv om det er bekvemt at tro, at NaCl-krystaller er sammensat af individuelle NaCl-enheder, viser figur \(\PageIndex{1}\), at ingen enkelt ion er udelukkende forbundet med nogen anden enkelt ion. Hver ion er omgivet af ioner med modsat ladning.

Formlen for en ionisk forbindelse følger flere konventioner. For det første skrives kationen før anionen. Da de fleste metaller danner kationer og de fleste ikke-metaller danner anioner, anføres i formlerne typisk først metallet og derefter ikke-metallet. For det andet skrives ladninger ikke i en formel. Husk på, at i en ionisk forbindelse er de enkelte bestanddele ioner og ikke neutrale atomer, selv om formlen ikke indeholder ladninger. Endelig følger den korrekte formel for en ionisk forbindelse altid følgende regel: den samlede positive ladning skal være lig med den samlede negative ladning. For at bestemme den korrekte formel for en hvilken som helst kombination af ioner skal man bestemme, hvor mange af hver ion der er nødvendige for at afbalancere de samlede positive og negative ladninger i forbindelsen.

Denne regel er i sidste ende baseret på det faktum, at materien overordnet set er elektrisk neutral.

Hvis vi ser på den ioniske forbindelse bestående af lithiumioner og bromidioner, ser vi, at lithiumionen har en 1+ ladning og bromidionen har en 1- ladning. Der er kun brug for én ion af hver for at afbalancere disse ladninger. Formlen for lithiumbromid er LiBr.

Når en ionisk forbindelse dannes af magnesium og oxygen, har magnesiumionen en 2+ ladning, og oxygenatomet har en 2-ladning. Selv om begge disse ioner har højere ladninger end ionerne i lithiumbromid, balancerer de stadig hinanden i et 1-til-1-forhold. Derfor er den korrekte formel for denne ionforbindelse MgO.

Se nu på den ionforbindelse, der er dannet af magnesium og klor. En magnesiumion har en 2+-ladning, mens en klorion har en 1-ladning:

Mg2+ Cl-

Sammenlægning af en ion af hver af dem afbalancerer ikke fuldstændigt de positive og negative ladninger. Den nemmeste måde at afbalancere disse ladninger på er at antage tilstedeværelsen af to kloridioner for hver magnesiumion:

Mg2+ Cl- Cl- Cl-

Nu er de positive og negative ladninger afbalanceret. Vi kunne skrive den kemiske formel for denne ionforbindelse som MgClClCl, men det er konventionelt at bruge et numerisk subscript, når der er mere end én ion af en given type – MgCl2. Denne kemiske formel siger, at der er én magnesiumion og to kloridioner i denne formel. (Læs ikke “Cl2”-delen af formlen som et molekyle af det toatomige grundstof klor. Klor findes ikke som et diatomært grundstof i denne forbindelse. Det eksisterer snarere som to individuelle chloridioner). Konventionelt anvendes det laveste hele talforhold i formlerne for ionforbindelser. Formlen Mg2Cl4 har balancerede ladninger med ionerne i et forhold på 1:2, men det er ikke det laveste heltalsforhold.