3.3: Formler för joniska föreningar

Vi har redan stött på några kemiska formler för enkla joniska föreningar. En kemisk formel är en kortfattad förteckning över grundämnena i en förening och förhållandena mellan dessa grundämnen. För att bättre förstå vad en kemisk formel betyder måste vi se på hur en jonisk förening är uppbyggd av sina joner.

Ioniska föreningar existerar som omväxlande positiva och negativa joner i regelbundna, tredimensionella arrayer som kallas kristaller (figur \(\PageIndex{1}\)). Som du kan se finns det inga enskilda NaCl-”partiklar” i matrisen; i stället finns det ett kontinuerligt nät av omväxlande natrium- och kloridjoner. Vi kan dock använda förhållandet mellan natriumjoner och kloridjoner, uttryckt i lägsta möjliga heltal, som ett sätt att beskriva föreningen. I fallet med natriumklorid är förhållandet mellan natriumjoner och kloridjoner, uttryckt i lägsta möjliga heltal, 1:1, så vi använder NaCl (en Na-symbol och en Cl-symbol) för att beskriva föreningen. NaCl är alltså den kemiska formeln för natriumklorid, vilket är ett kortfattat sätt att beskriva det relativa antalet olika joner i föreningen. Ett makroskopiskt prov består av myriader av NaCl-par; varje par kallas en formelenhet. Även om det är bekvämt att tro att NaCl-kristaller består av enskilda NaCl-enheter, visar figur \(\PageIndex{1}\) att ingen enskild jon är exklusivt associerad med någon annan enskild jon. Varje jon är omgiven av joner med motsatt laddning.

Formeln för en jonisk förening följer flera konventioner. För det första skrivs katjonen före anjonen. Eftersom de flesta metaller bildar katjoner och de flesta icke-metaller bildar anjoner, anges i formlerna vanligen metallen först och sedan icke-metallen. För det andra skrivs inte laddningar i en formel. Kom ihåg att i en jonisk förening är de ingående arterna joner, inte neutrala atomer, även om formeln inte innehåller laddningar. Slutligen följer den korrekta formeln för en jonisk förening alltid följande regel: den totala positiva laddningen måste vara lika stor som den totala negativa laddningen. För att bestämma den korrekta formeln för en kombination av joner, bestäm hur många av varje jon som behövs för att balansera de totala positiva och negativa laddningarna i föreningen.

Denna regel är i slutändan baserad på det faktum att materia överlag är elektriskt neutral.

Om vi tittar på den joniska förening som består av litiumjoner och bromidjoner ser vi att litiumjonen har en 1+ laddning och bromidjonen har en 1- laddning. Det behövs bara en jon av vardera för att balansera dessa laddningar. Formeln för litiumbromid är LiBr.

När en jonisk förening bildas av magnesium och syre har magnesiumjonen en 2+ laddning och syreatomen en 2- laddning. Även om båda dessa joner har högre laddningar än jonerna i litiumbromid, balanserar de ändå varandra i ett ett ett-till-ett-förhållande. Därför är den korrekta formeln för denna joniska förening MgO.

Tänk nu på den joniska förening som bildas av magnesium och klor. En magnesiumjon har en 2+ laddning, medan en klorjon har en 1- laddning:

Mg2+ Cl-

Att kombinera en jon av varje jon balanserar inte helt de positiva och negativa laddningarna. Det enklaste sättet att balansera dessa laddningar är att anta att det finns två kloridjoner för varje magnesiumjon:

Mg2+ Cl- Cl-

Nu är de positiva och negativa laddningarna balanserade. Vi skulle kunna skriva den kemiska formeln för denna joniska förening som MgClCl, men konventionen är att använda en numerisk subscript när det finns mer än en jon av en viss typ-MgCl2. Denna kemiska formel säger att det finns en magnesiumjon och två kloridjoner i denna formel. (Läs inte ”Cl2”-delen av formeln som en molekyl av det tvåatomiga grundämnet klor. Klor existerar inte som ett diatomärt grundämne i denna förening. Det existerar snarare som två enskilda kloridjoner). Enligt konvention används det lägsta hela talförhållandet i formlerna för joniska föreningar. Formeln Mg2Cl4 har balanserade laddningar med jonerna i förhållandet 1:2, men det är inte det lägsta heltalsförhållandet.

.