Obiective de învățare
- Scrieți formula chimică pentru un compus ionic simplu.
- Recunoașteți ionii poliatomici în formulele chimice.
Am întâlnit deja câteva formule chimice pentru compuși ionici simpli. O formulă chimică este o listă concisă a elementelor dintr-un compus și a rapoartelor dintre aceste elemente. Pentru a înțelege mai bine ce înseamnă o formulă chimică, trebuie să luăm în considerare modul în care un compus ionic este construit din ionii săi.
Compușii ionici există sub formă de ioni alternativ pozitivi și negativi în rețele regulate, tridimensionale, numite cristale (Figura \(\PageIndex{1}\)). După cum puteți vedea, nu există „particule” individuale de NaCl în matrice; în schimb, există o rețea continuă de ioni alternativi de sodiu și clorură. Cu toate acestea, putem folosi raportul dintre ionii de sodiu și ionii de clorură, exprimat în cele mai mici numere întregi posibile, ca o modalitate de a descrie compusul. În cazul clorurii de sodiu, raportul dintre ionii de sodiu și ionii de clorură, exprimat în cele mai mici numere întregi, este de 1:1, astfel încât vom folosi NaCl (un simbol Na și un simbol Cl) pentru a reprezenta compusul. Astfel, NaCl este formula chimică pentru clorura de sodiu, ceea ce reprezintă o modalitate concisă de a descrie numărul relativ de ioni diferiți din compus. O mostră macroscopică este compusă din miriade de perechi de NaCl; fiecare pereche se numește o unitate de formulă. Deși este convenabil să credem că cristalele de NaCl sunt compuse din unități individuale de NaCl, figura \(\PageIndex{1}\) arată că niciun ion nu este asociat în mod exclusiv cu un alt ion unic. Fiecare ion este înconjurat de ioni de sarcină opusă.
Figura \(\PageIndex{1}\) Un cristal de clorură de sodiu. Un cristal conține o matrice tridimensională de ioni alternativ pozitivi și negativi. Modelul precis depinde de compus. Un cristal de clorură de sodiu, prezentat aici, este o colecție de ioni alternativi de sodiu și clor.
Formula unui compus ionic urmează mai multe convenții. În primul rând, cationul este scris înaintea anionului. Deoarece majoritatea metalelor formează cationi și majoritatea nemetalelor formează anioni, formulele enumeră de obicei mai întâi metalul și apoi nemetalul. În al doilea rând, sarcinile nu sunt scrise într-o formulă. Rețineți că, într-un compus ionic, speciile componente sunt ioni, nu atomi neutri, chiar dacă formula nu conține sarcini. În cele din urmă, formula corectă pentru un compus ionic se supune întotdeauna următoarei reguli: sarcina pozitivă totală trebuie să fie egală cu sarcina negativă totală. Pentru a determina formula corectă a oricărei combinații de ioni, determinați câți din fiecare ion sunt necesari pentru a echilibra totalul sarcinilor pozitive și negative din compus.
Această regulă se bazează în cele din urmă pe faptul că materia este, în general, neutră din punct de vedere electric.
Prin convenție, se presupune că există un singur atom dacă nu este prezent un indice. Nu folosim 1 ca indice.
Dacă ne uităm la compusul ionic format din ioni de litiu și ioni de bromură, observăm că ionul de litiu are o sarcină 1+, iar ionul de bromură are o sarcină 1-. Este necesar doar un singur ion din fiecare pentru a echilibra aceste sarcini. Formula pentru bromura de litiu este LiBr.
Când un compus ionic este format din magneziu și oxigen, ionul de magneziu are o sarcină 2+, iar atomul de oxigen are o sarcină 2-. Deși ambii acești ioni au sarcini mai mari decât ionii din bromura de litiu, ei se echilibrează totuși într-un raport de unu la unu. Prin urmare, formula corectă pentru acest compus ionic este MgO.
Considerăm acum compusul ionic format de magneziu și clor. Un ion de magneziu are o sarcină 2+, în timp ce un ion de clor are o sarcină 1-:
Mg2+ Cl-
Combinarea unui ion din fiecare nu echilibrează complet sarcinile pozitive și negative. Cel mai simplu mod de a echilibra aceste sarcini este să presupunem prezența a doi ioni clorură pentru fiecare ion de magneziu:
Mg2+ Cl- Cl-
Acum sarcinile pozitive și negative sunt echilibrate. Am putea scrie formula chimică pentru acest compus ionic ca MgClCl, dar convenția este de a folosi un indice numeric atunci când există mai mult de un ion de un anumit tip-MgCl2. Această formulă chimică spune că există un ion de magneziu și doi ioni de clorură în această formulă. (Nu citiți partea „Cl2” din formulă ca fiind o moleculă de clor elementar diatomic. Clorul nu există ca element diatomic în acest compus. Mai degrabă, el există ca doi ioni de clorură individuali). Prin convenție, în formulele compușilor ionici se folosește cel mai mic raport de numere întregi. Formula Mg2Cl4 are sarcini echilibrate cu ionii într-un raport de 1:2, dar nu este cel mai mic raport de numere întregi.
Prin convenție, în formulele ionice se folosește cel mai mic raport de numere întregi dintre ioni. Există excepții pentru anumiți ioni, cum ar fi Hg22+
Exemplu \(\PageIndex{1}\)
Scrieți formula chimică pentru un compus ionic alcătuit din fiecare pereche de ioni.
- ionul de sodiu și ionul de sulf
- ionul de aluminiu și ionul de fluorură
- ionul de fier 3+ și ionul de oxigen
Soluție
- Pentru a obține un octet de înveliș de valență, sodiul formează un ion cu sarcina 1+, în timp ce ionul de sulf are sarcina 2-. Sunt necesari doi ioni de sodiu 1+ pentru a echilibra sarcina 2- a ionului de sulf. În loc să scriem formula ca NaNaS, o prescurtăm prin convenție în Na2S.
- Ionul aluminiu are o sarcină 3+, în timp ce ionul fluorură format de fluor are o sarcină 1-. Sunt necesari trei ioni 1- de fluor pentru a echilibra sarcina 3+ a ionului de aluminiu. Această combinație se scrie AlF3.
- Fierul poate forma doi ioni posibili, dar aici se specifică ionul cu sarcina 3+. Atomul de oxigen are o sarcină de 2 ca ion. Pentru a echilibra sarcinile pozitive și negative, ne uităm la cel mai puțin comun multiplu-6: doi ioni de fier 3+ vor da 6+, în timp ce trei ioni de oxigen 2- vor da 6-, echilibrând astfel sarcinile globale pozitive și negative. Astfel, formula pentru acest compus ionic este Fe2O3.
Exercițiu \(\PageIndex{1}\)
Scrieți formula chimică pentru un compus ionic alcătuit din fiecare pereche de ioni.
- ionul de calciu și ionul de oxigen
- ionul de cupru 2+ și ionul de sulf
- ionul de cupru 1+ și ionul de sulf
Ioni poliatomici
Câțiva ioni sunt formați din grupuri de atomi legați între ei și au o sarcină electrică globală. Deoarece acești ioni conțin mai mult de un atom, ei se numesc ioni poliatomici. Ionii poliatomici au formule, nume și sarcini caracteristice care trebuie memorate. De exemplu, NO3- este ionul nitrat; acesta are un atom de azot și trei atomi de oxigen și o sarcină totală de 1-. Tabelul \(\(\PageIndex{1}\) enumeră cei mai comuni ioni poliatomici.
| Nume | Formula | |
|---|---|---|
| Ion amoniu | NH4+ | |
| Ion acetat | C2H3O2- | |
| Ion carbonat | CO32- | |
| Ion hidrogenocarbonat (ion bicarbonat) | HCO3- | |
| Ion cianură | CN- | |
| Ion hidroxid | OH- | |
| Ion fosfat | PO43- | |
| Ion fosfat de hidrogen | HPO42- | |
| Ion fosfat de hidrogen | dihidrogen | H2PO4- |
| Ion nitrat | NO3- | |
| Ion sulfit | SO32- |
Regula de construire a formulelor pentru compușii ionici care conțin ioni poliatomici este aceeași ca și pentru formulele care conțin ioni monatomici (mono-atomic): sarcinile pozitive și negative trebuie să se echilibreze. În cazul în care este nevoie de mai mult de un anumit ion poliatomic pentru a echilibra sarcina, întreaga formulă pentru ionul poliatomic trebuie să fie închisă între paranteze, iar indicele numeric se plasează în afara parantezelor. Aceasta pentru a arăta că indicele se aplică întregului ion poliatomic. Un exemplu este Ba(NO3)2.
Exemplu \(\PageIndex{2}\)
Scrieți formula chimică pentru un compus ionic alcătuit din fiecare pereche de ioni.
- ionul de potasiu și ionul de sulfat
- ionul de calciu și ionul de nitrat
Soluție
- Ionii de potasiu au sarcina 1+, în timp ce ionii de sulfat au sarcina 2-. Vom avea nevoie de doi ioni de potasiu pentru a echilibra sarcina ionului de sulfat, astfel încât formula chimică corectă este K2SO4.
- Ionii de calciu au o sarcină de 2+, în timp ce ionii de nitrat au o sarcină de 1-. Vom avea nevoie de doi ioni de nitrat pentru a echilibra sarcina fiecărui ion de calciu. Formula pentru nitrat trebuie să fie inclusă între paranteze. Astfel, vom scrie Ca(NO3)2 ca formulă pentru acest compus ionic.
Exercițiu \(\PageIndex{2}\)
Scrieți formula chimică pentru un compus ionic format din fiecare pereche de ioni.
- Ionul magneziu și ionul carbonat
- Ionul aluminiu și ionul acetat
Recunoașterea compușilor ionici
Există două moduri de a recunoaște compușii ionici. În primul rând, compușii dintre elemente metalice și nemetalice sunt de obicei ionici. De exemplu, CaBr2 conține un element metalic (calciu, un metal din grupa 2A) și un element nemetalic (brom, un nemetal din grupa 7A). Prin urmare, cel mai probabil este un compus ionic. (De fapt, este ionic.) În schimb, compusul NO2 conține două elemente care sunt ambele nemetale (azot, din grupa 5A, și oxigen, din grupa 6A). Acesta nu este un compus ionic; aparține categoriei de compuși covalenți discutați în altă parte. De asemenea, rețineți că această combinație de azot și oxigen nu are specificată nicio sarcină electrică, deci nu este ionul nitrit.
În al doilea rând, dacă recunoașteți formula unui ion poliatomic într-un compus, compusul este ionic. De exemplu, dacă vedeți formula Ba(NO3)2, este posibil să recunoașteți partea „NO3” ca fiind ionul nitrat, \(\rm{NO_3^-}\). (Rețineți că convenția de scriere a formulelor pentru compușii ionici este de a nu include sarcina ionică). Acesta este un indiciu că cealaltă parte a formulei, Ba, este, de fapt, ionul Ba2+, sarcina 2+ echilibrând sarcina totală de 2- de la cei doi ioni de nitrat. Astfel, acest compus este, de asemenea, ionic.
Exemplu \(\PageIndex{3}\)
Identificați fiecare compus ca fiind ionic sau neionic.
- Na2O
- PCl3
- NH4Cl
- OF2
Soluție
- Sodiul este un metal, iar oxigenul este un nemetal; prin urmare, se așteaptă ca Na2O să fie ionic.
- Atât fosforul cât și clorul sunt nemetale. Prin urmare, PCl3 nu este ionic.
- NH4 din formulă reprezintă ionul de amoniu, NH4+, ceea ce indică faptul că acest compus este ionic.
- Atât oxigenul cât și fluorul sunt nemetale. Prin urmare, OF2 nu este ionic.
Exercițiu \(\PageIndex{3}\)
Identificați fiecare compus ca fiind ionic sau neionic.
- N2O
- FeCl3
- (NH4)3PO4
- SOCl2
Observăm mai atent: Sângele și apa de mare
Știința a recunoscut de mult timp că sângele și apa de mare au compoziții similare. La urma urmei, ambele lichide au compuși ionici dizolvați în ele. Această asemănare poate fi mai mult decât o simplă coincidență; mulți oameni de știință cred că primele forme de viață de pe Pământ au apărut în oceane. Cu toate acestea, o privire mai atentă arată că sângele și apa de mare sunt destul de diferite. O soluție de clorură de sodiu de 0,9% se apropie de concentrația de sare găsită în sânge. În schimb, apa de mare este în principal o soluție de clorură de sodiu de 3%, de peste trei ori mai mare decât concentrația din sânge. Iată o comparație a cantităților de ioni din sânge și din apa de mare:
| Ionii | Penru în apa de mare | Penru în sânge |
|---|---|---|
| Na+ | 2.36 | 0,322 |
| Cl- | 1,94 | 0,366 |
| Mg2+ | 0,13 | 0,002 |
| SO42- | 0.09 | – |
| K+ | 0,04 | 0,016 |
| Ca2+ | 0.04 | 0,0096 |
| HCO3- | 0,002 | 0.165 |
| HPO42-, H2PO4- | – | 0,01 |
Majoritatea ionilor sunt mai abundenți în apa de mare decât în sânge, cu câteva excepții importante. În sânge sunt mult mai mulți ioni hidrogenocarbonat (HCO3-) decât în apa de mare. Această diferență este semnificativă deoarece ionul hidrogenocarbonat și unii ioni înrudiți au un rol crucial în controlul proprietăților acido-bazice ale sângelui. Cantitatea de ioni de hidrogen fosfat-HPO42- și H2PO4- din apa de mare este foarte mică, dar aceștia sunt prezenți în cantități mai mari în sânge, unde afectează, de asemenea, proprietățile acido-bazice. O altă diferență notabilă este că sângele nu are cantități semnificative de ion sulfat (SO42-), dar acest ion este prezent în apa de mare.
Key Takeaways
- Formulele chimice corecte pentru compușii ionici echilibrează sarcina pozitivă totală cu sarcina negativă totală.
- Există, de asemenea, grupuri de atomi cu o sarcină totală, numite ioni poliatomici.
Contribuții și atribuții
-
Anonim
.