3.3: Formuły dla związków jonowych

Zetknęliśmy się już z niektórymi wzorami chemicznymi dla prostych związków jonowych. Wzór chemiczny to zwięzła lista pierwiastków wchodzących w skład związku oraz proporcje tych pierwiastków. Aby lepiej zrozumieć, co oznacza wzór chemiczny, musimy rozważyć, w jaki sposób związek jonowy jest zbudowany ze swoich jonów.

Związki jonowe istnieją jako naprzemienne jony dodatnie i ujemne w regularnych, trójwymiarowych tablicach zwanych kryształami (rysunek \PageIndex{1}}). Jak widać, w tablicy nie ma pojedynczych „cząsteczek” NaCl; zamiast tego jest ciągła siatka naprzemiennie występujących jonów sodu i chlorku. Możemy jednak użyć stosunku jonów sodu do jonów chlorkowych, wyrażonego w możliwie najmniejszych liczbach całkowitych, jako sposobu opisania związku. W przypadku chlorku sodu, stosunek jonów sodu do jonów chlorkowych, wyrażony najniższymi liczbami całkowitymi, wynosi 1:1, więc do opisu związku używamy NaCl (jeden symbol Na i jeden symbol Cl). Zatem NaCl to wzór chemiczny chlorku sodu, który jest zwięzłym sposobem opisania względnej liczby różnych jonów w związku. Makroskopowa próbka składa się z niezliczonych par NaCl; każda para nazywana jest jednostką wzoru. Chociaż wygodnie jest myśleć, że kryształy NaCl składają się z pojedynczych jednostek NaCl, rysunek pokazuje, że żaden pojedynczy jon nie jest wyłącznie związany z żadnym innym pojedynczym jonem. Każdy jon jest otoczony przez jony o przeciwnym ładunku.

Wzór na związek jonowy jest zgodny z kilkoma konwencjami. Po pierwsze, kation jest napisany przed anionem. Ponieważ większość metali tworzy kationy, a większość niemetali tworzy aniony, wzory zazwyczaj wymieniają najpierw metal, a następnie niemetal. Po drugie, ładunki nie są zapisywane we wzorze. Pamiętaj, że w związku jonowym składnikami są jony, a nie obojętne atomy, nawet jeśli wzór nie zawiera ładunków. Wreszcie, prawidłowy wzór związku jonowego jest zawsze zgodny z następującą zasadą: całkowity ładunek dodatni musi być równy całkowitemu ładunkowi ujemnemu. Aby określić właściwy wzór dowolnej kombinacji jonów, należy określić, ile każdego jonu potrzeba do zrównoważenia całkowitych ładunków dodatnich i ujemnych w związku.

Reguła ta opiera się ostatecznie na fakcie, że materia jest, ogólnie rzecz biorąc, elektrycznie obojętna.

Jeśli przyjrzymy się związkowi jonowemu składającemu się z jonów litu i jonów bromku, zobaczymy, że jon litu ma ładunek 1+, a jon bromku ma ładunek 1-. Tylko jeden jon każdego z nich jest potrzebny do zrównoważenia tych ładunków. Wzór dla bromku litu jest LiBr.

Gdy związek jonowy jest utworzony z magnezu i tlenu, jon magnezu ma ładunek 2+, a atom tlenu ma ładunek 2-. Chociaż oba te jony mają większe ładunki niż jony w bromku litu, nadal równoważą się w stosunku jeden do jednego. Dlatego właściwy wzór dla tego związku jonowego to MgO.

Rozważmy teraz związek jonowy utworzony przez magnez i chlor. Jon magnezu ma ładunek 2+, podczas gdy jon chloru ma ładunek 1:

Mg2+ Cl-

Połączenie po jednym jonie każdego z nich nie równoważy całkowicie ładunków dodatnich i ujemnych. Najłatwiejszym sposobem zrównoważenia tych ładunków jest założenie obecności dwóch jonów chlorkowych dla każdego jonu magnezu:

Mg2+ Cl- Cl-

Teraz ładunki dodatnie i ujemne są zrównoważone. Moglibyśmy zapisać wzór chemiczny tego związku jonowego jako MgClCl, ale konwencją jest używanie liczbowego indeksu, gdy jest więcej niż jeden jon danego typu-MgCl2. Ten wzór chemiczny mówi, że w tym wzorze jest jeden jon magnezu i dwa jony chlorkowe. (Nie należy odczytywać części „Cl2” wzoru jako cząsteczki dwuatomowego pierwiastka chloru. Chlor nie istnieje jako pierwiastek dwuatomowy w tym związku. Istnieje on raczej jako dwa pojedyncze jony chlorkowe). Zgodnie z konwencją, we wzorach związków jonowych stosuje się najniższy stosunek liczb całkowitych. Wzór Mg2Cl4 ma zrównoważone ładunki z jonami w stosunku 1:2, ale nie jest to najniższy stosunek liczb całkowitych.

.