3.3:

Egyszerű ionos vegyületek kémiai képleteivel már találkoztunk. A kémiai képlet a vegyületben lévő elemek és azok arányainak tömör felsorolása. Ahhoz, hogy jobban megértsük, mit jelent egy kémiai képlet, meg kell vizsgálnunk, hogyan épül fel egy ionos vegyület az ionjaiból.

Az ionos vegyületek pozitív és negatív ionok váltakozásaként léteznek szabályos, háromdimenziós tömbökben, amelyeket kristályoknak nevezünk (\(\PageIndex{1}\) ábra). Mint látható, a tömbben nincsenek egyedi NaCl “részecskék”; ehelyett a nátrium- és kloridionok váltakozásából álló folyamatos rács van. A nátriumionok és a kloridionok arányát azonban a lehető legkisebb egész számokban kifejezve használhatjuk a vegyület leírására. A nátrium-klorid esetében a nátriumionok és a kloridionok aránya a legkisebb egész számokban kifejezve 1:1, így a NaCl (egy Na- és egy Cl-jel) jelet használjuk a vegyület ábrázolására. A NaCl tehát a nátrium-klorid kémiai képlete, amely tömören kifejezi a vegyületben lévő különböző ionok relatív számát. Egy makroszkópikus minta NaCl-párok miriádjaiból áll; minden egyes párt képletegységnek nevezünk. Bár kényelmes azt gondolni, hogy a NaCl-kristályok egyedi NaCl-egységekből állnak, a \(\PageIndex{1}\) ábra azt mutatja, hogy egyetlen ion sem társul kizárólagosan egyetlen másik ionhoz. Minden iont ellentétes töltésű ionok vesznek körül.

Az ionos vegyületek képlete többféle konvenciót követ. Először is, a kationt az anion elé írjuk. Mivel a legtöbb fém kationokat, a legtöbb nemfém pedig anionokat képez, a képletekben általában először a fém, majd a nemfém szerepel. Másodszor, a töltéseket nem írják a képletbe. Ne feledje, hogy egy ionos vegyületben az alkotórészek ionok, nem pedig semleges atomok, még akkor is, ha a képlet nem tartalmaz töltéseket. Végül, egy ionos vegyület megfelelő képlete mindig a következő szabálynak engedelmeskedik: az összes pozitív töltésnek meg kell egyeznie az összes negatív töltéssel. Bármely ionkombináció helyes képletének meghatározásához határozzuk meg, hogy az egyes ionokból mennyi szükséges ahhoz, hogy a vegyület összes pozitív és negatív töltése egyensúlyban legyen.

Ez a szabály végső soron azon a tényen alapul, hogy az anyag összességében elektromosan semleges.

Ha megnézzük a lítiumionokból és brómionokból álló ionos vegyületet, akkor azt látjuk, hogy a lítiumionnak 1+ töltése van, a brómionnak pedig 1- töltése. Mindkettőből csak egy-egy ionra van szükség e töltések kiegyenlítéséhez. A lítiumbromid képlete LiBr.

Amikor magnéziumból és oxigénből ionos vegyület keletkezik, a magnéziumionnak 2+ töltése van, az oxigénatomnak pedig 2- töltése. Bár mindkét ionnak nagyobb a töltése, mint a lítiumbromidban lévő ionoknak, mégis egy az egyben egyensúlyban vannak egymással. Ezért ennek az ionos vegyületnek a helyes képlete MgO.

Most nézzük meg a magnézium és a klór által alkotott ionos vegyületet. A magnéziumionnak 2+ töltése van, míg a klórionnak 1-es töltése:

Mg2+ Cl-

Azáltal, hogy mindkettőből egy-egy iont egyesítünk, a pozitív és negatív töltések nem egyenlítődnek ki teljesen. A legegyszerűbb módja e töltések kiegyenlítésének, ha minden egyes magnéziumionhoz két kloridion jelenlétét feltételezzük:

Mg2+ Cl- Cl-

Most a pozitív és negatív töltések egyensúlyban vannak. Ennek az ionos vegyületnek a kémiai képletét írhatnánk úgy is, hogy MgClCl, de a konvenció szerint numerikus indexet használunk, ha egynél több ion van egy adott típusból – MgCl2. Ez a kémiai képlet azt mondja, hogy ebben a képletben egy magnéziumion és két kloridion van. (A képlet “Cl2” részét ne úgy olvassuk, mint a kétatomos elemi klór molekuláját. A klór ebben a vegyületben nem létezik kétatomos elemként. Inkább két önálló kloridionként létezik). A konvenció szerint az ionos vegyületek képleteiben a legkisebb egész számarányt használják. Az Mg2Cl4 képletben az ionok 1:2 arányban kiegyensúlyozott töltéssel rendelkeznek, de ez nem a legkisebb egész szám arány.