Leerdoelen
- Schrijf de chemische formule voor een eenvoudige ionische verbinding.
- Herken polyatomische ionen in chemische formules.
We zijn al enkele chemische formules voor eenvoudige ionische verbindingen tegengekomen. Een scheikundige formule is een beknopte lijst van de elementen in een verbinding en de verhoudingen van deze elementen. Om beter te begrijpen wat een chemische formule betekent, moeten we bekijken hoe een ionische verbinding is opgebouwd uit zijn ionen.
Ionische verbindingen bestaan als afwisselend positieve en negatieve ionen in regelmatige, driedimensionale arrays die kristallen worden genoemd (figuur). Zoals u kunt zien, zijn er geen individuele NaCl-“deeltjes” in de array; in plaats daarvan is er een continu rooster van afwisselend natrium- en chloride-ionen. We kunnen echter de verhouding tussen natriumionen en chloride-ionen, uitgedrukt in zo laag mogelijke gehele getallen, gebruiken als een manier om de verbinding te beschrijven. In het geval van natriumchloride is de verhouding tussen natriumionen en chloride-ionen, uitgedrukt in de laagste gehele getallen, 1:1, dus gebruiken we NaCl (één Na-symbool en één Cl-symbool) om de verbinding weer te geven. NaCl is dus de chemische formule voor natriumchloride, wat een beknopte manier is om het relatieve aantal verschillende ionen in de verbinding te beschrijven. Een macroscopisch monster is samengesteld uit myriaden NaCl-paren; elk paar wordt een formule-eenheid genoemd. Hoewel het handig is om te denken dat NaCl-kristallen zijn opgebouwd uit individuele NaCl-eenheden, laat figuur zien dat geen enkel ion exclusief is geassocieerd met enig ander enkel ion. Elk ion is omgeven door ionen met een tegengestelde lading.
Figuur Een Natriumchloridekristal. Een kristal bevat een driedimensionale array van afwisselend positieve en negatieve ionen. Het precieze patroon hangt af van de verbinding. Een kristal van natriumchloride, hier afgebeeld, is een verzameling van afwisselend natrium- en chloorionen.
De formule voor een ionische verbinding volgt verschillende conventies. Ten eerste wordt het kation voor het anion geschreven. Omdat de meeste metalen kationen vormen en de meeste niet-metalen anionen, wordt in formules meestal eerst het metaal vermeld en dan het niet-metaal. Ten tweede worden ladingen niet in een formule geschreven. Vergeet niet dat in een ionische verbinding de samenstellende soorten ionen zijn, geen neutrale atomen, ook al bevat de formule geen ladingen. Tenslotte voldoet de juiste formule voor een ionische verbinding altijd aan de volgende regel: de totale positieve lading moet gelijk zijn aan de totale negatieve lading. Om de juiste formule van een combinatie van ionen te bepalen, bepaalt u hoeveel van elk ion nodig is om de totale positieve en negatieve ladingen in de verbinding in evenwicht te brengen.
Deze regel is uiteindelijk gebaseerd op het feit dat materie in het algemeen elektrisch neutraal is.
Bij conventie gaan we ervan uit dat er slechts één atoom is als er geen subscript aanwezig is. Als we kijken naar de ionische verbinding bestaande uit lithiumionen en bromide-ionen, zien we dat het lithiumion een 1+ lading heeft en het bromide-ion een 1- lading. Er is slechts één ion van elk nodig om deze ladingen in evenwicht te brengen. De formule voor lithiumbromide is LiBr.
Wanneer een ionische verbinding wordt gevormd uit magnesium en zuurstof, heeft het magnesiumion een 2+ lading, en het zuurstofatoom een 2- lading. Hoewel deze beide ionen hogere ladingen hebben dan de ionen in lithiumbromide, houden ze elkaar toch in evenwicht in een één-op-één verhouding. Daarom is de juiste formule voor deze ionische verbinding MgO.
Neem nu de ionische verbinding gevormd door magnesium en chloor. Een magnesiumion heeft een 2+ lading, terwijl een chloorion een 1- lading heeft:
Mg2+ Cl-
Het samenvoegen van één ion van elk brengt de positieve en negatieve ladingen niet volledig in evenwicht. De gemakkelijkste manier om deze ladingen in evenwicht te brengen is uit te gaan van de aanwezigheid van twee chloride-ionen voor elk magnesiumion:
Mg2+ Cl- Cl-
Nu zijn de positieve en negatieve ladingen in evenwicht. We zouden de chemische formule voor deze ionische verbinding kunnen schrijven als MgClCl, maar de conventie is om een numeriek subscript te gebruiken wanneer er meer dan één ion van een bepaald type is – MgCl2. Deze chemische formule zegt dat er één magnesiumion en twee chloride-ionen zijn in deze formule. (Lees het “Cl2” gedeelte van de formule niet als een molecuul van het diatomische element chloor. Chloor bestaat niet als een diatomisch element in deze verbinding. Het bestaat als twee afzonderlijke chloride-ionen). Volgens afspraak wordt in de formules van ionische verbindingen de kleinste gehele getalsverhouding gebruikt. De formule Mg2Cl4 heeft evenwichtige ladingen met de ionen in een 1:2 verhouding, maar het is niet de laagste gehele getalsverhouding.
Bij conventie wordt de laagste gehele getalsverhouding van de ionen gebruikt in ionische formules. Er zijn uitzonderingen voor bepaalde ionen, zoals Hg22+
Voorbeeld
Schrijf de chemische formule voor een ionische verbinding die is samengesteld uit elk ionenpaar.
- het natriumion en het zwavelion
- het aluminiumion en het fluorion
- het 3+ ijzerion en het zuurstofion
Oplossing
- Om een valentieschaaloctet te verkrijgen, vormt natrium een ion met een 1+ lading, terwijl het zwavelion een 2- lading heeft. Twee natrium 1+ ionen zijn nodig om de 2- lading van het zwavelion te compenseren. In plaats van de formule te schrijven als NaNaS, korten we deze volgens afspraak af tot Na2S.
- Het aluminiumion heeft een 3+ lading, terwijl het fluoride-ion gevormd door fluor een 1- lading heeft. Er zijn drie fluor-1-ionen nodig om de 3+ lading van het aluminiumion in evenwicht te brengen. Deze combinatie wordt geschreven als AlF3.
- Iron kan twee mogelijke ionen vormen, maar het ion met een 3+ lading wordt hier gespecificeerd. Het zuurstofatoom heeft als ion een 2+ lading. Om de positieve en negatieve ladingen in evenwicht te brengen, kijken we naar het kleinste gemene veelvoud-6: twee ijzer 3+ ionen geven 6+, terwijl drie 2-zuurstofionen 6- geven, waardoor de totale positieve en negatieve ladingen in evenwicht worden gebracht. De formule voor deze ionische verbinding is dus Fe2O3.
Oefening
Schrijf de chemische formule voor een ionische verbinding die is samengesteld uit elk ionenpaar.
- het calciumion en het zuurstofion
- het 2+ koperion en het zwavelion
- het 1+ koperion en het zwavelion
Polyatomaire ionen
Sommige ionen bestaan uit groepen atomen die aan elkaar gebonden zijn en een totale elektrische lading hebben. Omdat deze ionen meer dan één atoom bevatten, worden ze polyatomische ionen genoemd. Polyatomaire ionen hebben karakteristieke formules, namen en ladingen die uit het hoofd geleerd moeten worden. Bijvoorbeeld, NO3- is het nitraat ion; het heeft één stikstof atoom en drie zuurstof atomen en een totale 1- lading. In tabel {PageIndex{1}} staan de meest voorkomende polyatomaire ionen.
| Name | Formula |
|---|---|
| ammonium ion | NH4+ |
| acetaat ion | C2H3O2- |
| carbonaation | CO32- |
| waterstofcarbonaation (bicarbonaation) | HCO3- |
| cyanide-ion | CN- |
| hydroxide-ion | OH- |
| fosfaat-ion | PO43- |
| waterstoffosfaat-ion | HPO42- |
| dihydrogeenfosfaat-ion | H2PO4- |
| nitraat-ion | NO3- |
| sulfietion | SO32- |
De regel voor het samenstellen van formules voor ionische verbindingen die polyatomische ionen bevatten is dezelfde als voor formules met monatomische (enkel-atoom) ionen: de positieve en negatieve ladingen moeten in evenwicht zijn. Als er meer dan één van een bepaald polyatomisch ion nodig is om de lading in evenwicht te brengen, moet de hele formule voor het polyatomisch ion tussen haakjes worden gezet, en het numerieke subscript wordt buiten de haakjes geplaatst. Dit is om aan te geven dat het subscript geldt voor het gehele polyatomische ion. Een voorbeeld is Ba(NO3)2.
Voorbeeld
Schrijf de chemische formule voor een ionische verbinding die uit elk ionenpaar bestaat.
- het kaliumion en het sulfaation
- het calciumion en het nitraation
Oplossing
- Kaliumionen hebben een lading van 1+, terwijl sulfaationen een lading van 2- hebben. We hebben twee kaliumionen nodig om de lading van het sulfaation in evenwicht te brengen, dus de juiste chemische formule is K2SO4.
- Calciumionen hebben een lading van 2+, terwijl nitraationen een lading van 1- hebben. We hebben twee nitraationen nodig om de lading van elk calciumion in evenwicht te brengen. De formule voor nitraat moet tussen haakjes staan. We schrijven dus Ca(NO3)2 als formule voor deze ionische verbinding.
Oefening (PaginaIndex{2})
Schrijf de chemische formule voor een ionische verbinding die is samengesteld uit elk ionenpaar.
- het magnesiumion en het carbonaation
- het aluminiumion en het acetaation
Herkennen van ionische verbindingen
Er zijn twee manieren om ionische verbindingen te herkennen. Ten eerste zijn verbindingen tussen metalen en niet-metalen elementen gewoonlijk ionisch. CaBr2 bijvoorbeeld bevat een metallisch element (calcium, een metaal van groep 2A) en een niet-metallisch element (broom, een niet-metaal van groep 7A). Daarom is het hoogstwaarschijnlijk een ionische verbinding. (De verbinding NO2 daarentegen bevat twee elementen die beide niet-metalen zijn (stikstof, uit groep 5A, en zuurstof, uit groep 6A). Het is geen ionische verbinding; het behoort tot de categorie van de covalente verbindingen die elders worden besproken. Merk ook op dat deze combinatie van stikstof en zuurstof geen elektrische lading heeft, dus het is niet het nitriet ion.
Ten tweede, als u de formule van een polyatomisch ion in een verbinding herkent, is de verbinding ionisch. Als je bijvoorbeeld de formule Ba(NO3)2 ziet, herken je het deel “NO3” als het nitraation, {NO_3^-}. (Vergeet niet dat het gebruikelijk is om bij formules voor ionische verbindingen de ionische lading niet te vermelden). Dit is een aanwijzing dat het andere deel van de formule, Ba, eigenlijk het Ba2+ ion is, met de 2+ lading die de totale 2- lading van de twee nitraationen compenseert. Deze verbinding is dus ook ionisch.
Voorbeeld
Benoem elke verbinding als ionisch of niet-ionisch.
- Na2O
- PCl3
- NH4Cl
- OF2
Oplossing
- Natrium is een metaal, en zuurstof is een niet-metaal; daarom wordt verwacht dat Na2O ionisch is.
- Fosfor en chloor zijn beide niet-metalen. Daarom is PCl3 niet ionisch.
- De NH4 in de formule vertegenwoordigt het ammoniumion, NH4+, wat aangeeft dat deze verbinding ionisch is.
- Zowel zuurstof als fluor zijn niet-metalen. Daarom is OF2 niet ionisch.
Oefening (PaginaIndex{3})
Identificeer elke verbinding als ionisch of niet-ionisch.
- N2O
- FeCl3
- (NH4)3PO4
- SOCl2
Nauwkeuriger kijken: Bloed en zeewater
De wetenschap heeft reeds lang erkend dat bloed en zeewater een gelijkaardige samenstelling hebben. Immers, in beide vloeistoffen zijn ionische verbindingen opgelost. De gelijkenis is wellicht meer dan louter toeval; veel wetenschappers denken dat de eerste levensvormen op aarde in de oceanen ontstonden. Bij nadere beschouwing blijkt echter dat bloed en zeewater heel verschillend zijn. Een 0,9% oplossing van natriumchloride benadert de zoutconcentratie die in bloed wordt aangetroffen. Zeewater daarentegen bestaat hoofdzakelijk uit 3% natriumchloride, meer dan drie keer de concentratie in bloed. Hier volgt een vergelijking van de hoeveelheden ionen in bloed en zeewater:
| Ion | Percentage in zeewater | Percentage in bloed |
|---|---|---|
| Na+ | 2.36 | 0.322 |
| Cl- | 1.94 | 0.366 |
| Mg2+ | 0.13 | 0.002 |
| SO42- | 0.002 | |
| 0.002 | .09 | – |
| K+ | 0.04 | 0.016 |
| Ca2+ | 0.04 | 0.016 |
| 0.0096 | ||
| HCO3- | 0.002 | 0.165 |
| HPO42-, H2PO4- | – | 0.01 |
De meeste ionen zijn in zeewater veel talrijker dan in bloed, met enkele belangrijke uitzonderingen. Er zijn veel meer waterstofcarbonaationen (HCO3-) in bloed dan in zeewater. Dit verschil is belangrijk omdat het waterstofcarbonaation en enkele verwante ionen een cruciale rol spelen bij het regelen van de zuur-base-eigenschappen van bloed. De hoeveelheid waterstoffosfaat-ionen-HPO42- en H2PO4- in zeewater is zeer laag, maar zij zijn in grotere hoeveelheden aanwezig in bloed, waar zij ook de zuur-base-eigenschappen beïnvloeden. Een ander opmerkelijk verschil is dat bloed geen significante hoeveelheden van het sulfaation (SO42-) heeft, maar dit ion is aanwezig in zeewater.
Key Takeaways
- Prorecte chemische formules voor ionische verbindingen balanceren de totale positieve lading met de totale negatieve lading.
- Groepen van atomen met een totale lading, polyatomische ionen genaamd, bestaan ook.
Bijdragers en toeschrijvingen
-
Anoniem