Localizador
Blog Network
Localizador

CHEM 1305 Introductory Chemistry

Oppimistavoitteet

Tämän jakson lopussa osaat:

  • Määritellä ioniset ja molekyyliset (kovalenttiset) yhdisteet
  • Ennustaa alkuaineista muodostuvan yhdisteen tyyppi niiden sijainnin perusteella jaksollisessa järjestelmässä
  • Määrittää yksinkertaisten ioniyhdisteiden kaavat

Tavanomaisissa kemiallisissa reaktioissa kunkin atomin ydin (ja siten alkuaineen identiteetti) säilyy ennallaan. Atomeihin voidaan kuitenkin lisätä elektroneja siirtymällä toisista atomeista, menettää elektroneja siirtymällä muihin atomeihin tai jakaa niitä muiden atomien kanssa. Elektronien siirtäminen ja jakaminen atomien välillä määrää alkuaineiden kemian. Joidenkin yhdisteiden muodostuessa atomit saavat tai menettävät elektroneja ja muodostavat sähköisesti varattuja hiukkasia, joita kutsutaan ioneiksi (kuva 1).

Kuvassa A on esitetty natriumatomi, N a, jonka ytimessä on 11 protonia ja 12 neutronia. Atomia ympäröivä elektronipilvi sisältää 11 elektronia. Kuvassa B on natriumioni, N a ylinumeroinen plusmerkki. Sen ydin sisältää 11 protonia ja 12 neutronia. Ionin elektronipilvi sisältää 10 elektronia ja on pienempi kuin kuvassa A olevan natriumatomin elektronipilvi.

Kuva 1. (a) Natriumatomilla (Na) on yhtä monta protonia ja elektronia (11) ja se on varaukseton. (b) Natriumkationi (Na+) on menettänyt elektronin, joten sillä on yksi protoni (11) enemmän kuin elektroneja (10), mikä antaa sille positiivisen kokonaisvarauksen, joka on merkitty ylempänä olevalla plus-merkillä.

Jaksollisen järjestelmän avulla voi ennustaa, muodostaako jokin atomi anionin vai kationin, ja usein voi myös ennustaa tuloksena olevan ionin varauksen. Monien pääryhmän metallien atomit menettävät niin paljon elektroneja, että niillä on sama määrä elektroneja kuin edeltävän jalokaasun atomilla. Esimerkkinä mainittakoon, että alkalimetallin (ryhmä 1) atomi menettää yhden elektronin ja muodostaa kationin, jolla on 1+ -varaus; maa-alkalimetalli (ryhmä 2) menettää kaksi elektronia ja muodostaa kationin, jolla on 2+ -varaus, ja niin edelleen. Esimerkiksi neutraali kalsiumatomi, jolla on 20 protonia ja 20 elektronia, menettää helposti kaksi elektronia. Näin syntyy kationi, jolla on 20 protonia, 18 elektronia ja 2+ -varaus. Sillä on sama määrä elektroneja kuin edellisen jalokaasun, argonin, atomeilla, ja sen symboli on Ca2+. Metalli-ionin nimi on sama kuin sen metalliatomin nimi, josta se muodostuu, joten Ca2+:sta käytetään nimitystä kalsiumioni.

Kun muiden alkuaineiden kuin metallien atomit muodostavat ioneja, ne saavat yleensä niin paljon elektroneja, että niillä on sama määrä elektroneja kuin jaksollisen järjestelmän seuraavan jalokaasun atomilla. Ryhmän 17 atomit saavat yhden elektronin ja muodostavat anioneja, joilla on 1-varaus; ryhmän 16 atomit saavat kaksi elektronia ja muodostavat ioneita, joilla on 2-varaus, ja niin edelleen. Esimerkiksi neutraali bromiatomi, jolla on 35 protonia ja 35 elektronia, voi saada yhden elektronin, jolloin sillä on 36 elektronia. Tällöin muodostuu anioni, jolla on 35 protonia, 36 elektronia ja 1-varaus. Sillä on sama määrä elektroneja kuin seuraavan jalokaasun, kryptonin, atomeilla, ja sen symboli on Br-. (Keskustelu teoriasta, joka tukee jalokaasujen elektronilukujen suosittua asemaa, joka näkyy näissä ionien muodostumista ennakoivissa säännöissä, esitetään tämän tekstin myöhemmässä luvussa.)

Huomaa jaksollisen järjestelmän hyödyllisyys todennäköisen ionin muodostumisen ja varauksen ennustamisessa (kuva 2). Siirryttäessä jaksollisessa järjestelmässä äärivasemmalta oikealle pääryhmän alkuaineet pyrkivät muodostamaan kationeja, joiden varaus on yhtä suuri kuin ryhmän numero. Toisin sanoen ryhmän 1 alkuaineet muodostavat 1+-ioneja, ryhmän 2 alkuaineet 2+-ioneja ja niin edelleen. Siirryttäessä jaksollisen järjestelmän äärioikealta vasemmalle alkuaineet muodostavat usein anioneja, joiden negatiivinen varaus on yhtä suuri kuin jalokaasuista vasemmalle siirrettyjen ryhmien lukumäärä. Esimerkiksi ryhmän 17 alkuaineet (yksi ryhmä jalokaasuista vasemmalle) muodostavat 1-ioneja; ryhmän 16 alkuaineet (kaksi ryhmää vasemmalle) muodostavat 2-ioneja ja niin edelleen. Tätä suuntausta voidaan käyttää ohjeena monissa tapauksissa, mutta sen ennustearvo pienenee, kun siirrytään kohti jaksollisen järjestelmän keskiosaa. Siirtymämetalleilla ja joillakin muilla metalleilla on usein vaihtelevia varauksia, joita ei voida ennustaa niiden sijainnin perusteella taulukossa. Esimerkiksi kupari voi muodostaa ioneja, joilla on 1+- tai 2+ -varaus, ja rauta voi muodostaa ioneja, joilla on 2+- tai 3+ -varaus.

Jaksollisen järjestelmän ryhmässä yksi on L i:llä yliviivattu plus-merkki jaksossa 2, N a:lla yliviivattu plus-merkki jaksossa 3, K:lla yliviivattu plus-merkki jaksossa 4, R b:llä yliviivattu plus-merkki jaksossa 5, C s:llä yliviivattu plus-merkki jaksossa 6 ja F r:llä yliviivattu plus-merkki jaksossa 7. Ryhmä kaksi sisältää B e yliviivaisen 2 plusmerkin jaksolla 2, M g yliviivaisen 2 plusmerkin jaksolla 3, C a yliviivaisen 2 plusmerkin jaksolla 4, S r yliviivaisen 2 plusmerkin jaksolla 5, B a yliviivaisen 2 plusmerkin jaksolla 6 ja R a yliviivaisen 2 plusmerkin jaksolla 7. Ryhmässä kuusi on C r ylinumero 3 plusmerkki ja C r ylinumero 6 plusmerkki jaksolla 4. Ryhmässä seitsemän on M n ylinumero 2 plusmerkki jaksolla 4. Ryhmä kahdeksan sisältää F e:n ylinumero 2 plus merkki ja F e:n ylinumero 3 plus merkki jaksolla 4. Ryhmä yhdeksän sisältää C o:n ylinumero 2 plusmerkki jaksolla 4. Ryhmä kymmenen sisältää N i:n ylinumero 2 plusmerkki jaksolla 4 ja P t:n ylinumero 2 plusmerkki jaksolla 6. Ryhmä 11 sisältää C U:n ylinumeroisen plusmerkin ja C U:n ylinumeroisen 2 plusmerkin jaksolla 4, A g:n ylinumeroisen plusmerkin jaksolla 5 ja A u:n ylinumeroisen plusmerkin ja A u:n ylinumeroisen 3 plusmerkin jaksolla 6. Ryhmä 12 sisältää Z n:n ylinumeroisen 2 plusmerkin jaksossa 4, C d:n ylinumeroisen 2 plusmerkin jaksossa 5 ja H g:n ylinumeroisen 2 plusmerkin jaksossa 6 ja H g:n ylinumeroisen 2 plusmerkin jaksossa 6. Ryhmä 13 sisältää A l:n ylinumero 3 plusmerkki jaksolla 3. Ryhmä 14 sisältää C:n ylinumero 4 negatiivinen merkki jaksolla 2. Ryhmä 15 sisältää N:n ylinumero 3 negatiivinen merkki jaksolla 2, P:n ylinumero 3 negatiivinen merkki jaksolla 3 ja A s:n ylinumero 3 negatiivinen merkki jaksolla 4. Ryhmä 16 sisältää O:n ylinumero 2 negatiivinen merkki jaksolla 2, S:n ylinumero 2 negatiivinen merkki jaksolla 3, S e:n ylinumero 2 negatiivinen merkki jaksolla 4 ja T e:n ylinumero 2 negatiivinen merkki jaksolla 5. Ryhmä 17 sisältää F:n ylinumeroisen negatiivisen merkin jaksolla 2, C l:n ylinumeroisen negatiivisen merkin jaksolla 3, B r:n ylinumeroisen negatiivisen merkin jaksolla 4, I:n ylinumeroisen negatiivisen merkin jaksolla 5 ja A t:n ylinumeroisen negatiivisen merkin jaksolla 6. Ryhmä 18 sisältää H e:n jaksolla 1, N e:n jaksolla 2, A r:n jaksolla 3, K r:n jaksolla 4, X e:n jaksolla 5 ja R n:n jaksolla 6.

Kuva 2. Mikä on sen symboli?

Näytä vastaus

Koska protonien lukumäärä pysyy muuttumattomana, kun atomi muodostaa ionin, alkuaineen järjestysluvun on oltava 13. Kun tiedämme tämän, voimme käyttää jaksollista järjestelmää tunnistaaksemme alkuaineen nimellä Al (alumiini). Al-atomi on menettänyt kolme elektronia, joten sillä on kolme positiivista varausta (13) enemmän kuin sillä on elektroneja (10). Tämä on alumiinikationi, Al3+.

Tarkista oppimasi

Anna symboli ja nimi ionille, jolla on 34 protonia ja 36 elektronia.

Näytä vastaus

Se2-, selenidi-ioni

Esimerkki 2: Ionien muodostuminen

Magnesium ja typpi reagoivat muodostaen ionisen yhdisteen. Ennusta, mikä muodostaa anionin, mikä muodostaa kationin, ja kunkin ionin varaukset. Kirjoita kunkin ionin symboli ja nimeä ne.

Näytä vastaus

Magnesiumin asema jaksollisessa järjestelmässä (ryhmä 2) kertoo, että se on metalli. Metallit muodostavat positiivisia ioneja (kationeja). Magnesiumatomin on menetettävä kaksi elektronia, jotta sillä olisi yhtä monta elektronia kuin edellisen jalokaasun, neonin, atomilla. Näin ollen magnesiumatomi muodostaa kationin, jossa on kaksi elektronia vähemmän kuin protoneja ja jonka varaus on 2+. Ionin symboli on Mg2+, ja sitä kutsutaan magnesiumioniksi.

Typen asema jaksollisessa järjestelmässä (ryhmä 15) paljastaa, että se on epämetalli. Ei-metallit muodostavat negatiivisia ioneja (anioneja). Typen atomin on saatava kolme elektronia, jotta sillä olisi sama määrä elektroneja kuin seuraavan jalokaasun, neonin, atomilla. Näin ollen typpiatomi muodostaa anionin, jossa on kolme elektronia enemmän kuin protoneja ja jonka varaus on 3-. Ionin symboli on N3-, ja sitä kutsutaan nitridi-ioniksi.

Tarkista oppimasi

Alumiini ja hiili reagoivat muodostaen ionisen yhdisteen. Ennusta, kumpi muodostaa anionin, kumpi muodostaa kationin, ja kunkin ionin varaukset. Kirjoita kunkin ionin symboli ja nimeä ne.

Näytä vastaus

Al muodostaa kationin, jonka varaus on 3+: Al3+, alumiini-ioni. Hiili muodostaa anionin, jonka varaus on 4-: C4-, karbidi-ioni.

Tähän mennessä käsittelemiämme ioneja kutsutaan yksiatomisiksi ioneiksi, eli ne ovat vain yhdestä atomista muodostuvia ioneja. Löydämme myös monia moniatomisia ioneja. Nämä ionit, jotka toimivat erillisinä yksikköinä, ovat sähköisesti varattuja molekyylejä (ryhmä sidoksissa olevia atomeja, joilla on kokonaisvaraus). Taulukossa 1 on lueteltu joitakin tärkeimpiä moniatomisia ioneja. Oksianionit ovat moniatomisia ioneja, jotka sisältävät yhden tai useamman happiatomin. Tässä vaiheessa kemian opintojasi sinun tulisi muistaa yleisimpien moniatomisten ionien nimet, kaavat ja varaukset. Koska käytät niitä toistuvasti, ne tulevat pian tutuiksi.

Huomaa, että joidenkin moniatomisien ionien nimeämiseen on olemassa järjestelmä; -ate ja -ite ovat päätteitä, jotka kuvaavat moniatomisia ioneita, jotka sisältävät enemmän tai vähemmän happiatomeja. Per- (lyhenne sanoista ”hyper”) ja hypo- (tarkoittaa ”alle”) ovat etuliitteitä, jotka tarkoittavat enemmän happiatomeja kuin -ate ja vähemmän happiatomeja kuin -ite. Esimerkiksi perkloraatti on {\text{ClO}}}_{4}{}^{-}, kloraatti on {\text{ClO}}_{3}{}^{-}, kloriitti on {\text{ClO}}_{2}{}^{-} ja hypokloriitti on ClO-. Valitettavasti tiettyä päätettä tai etuliitettä vastaava happiatomien lukumäärä ei ole johdonmukainen; esimerkiksi nitraatti on {\text{NO}}_{3}{}^{-}, kun taas sulfaatti on {\text{SO}}_{4}{}^{2-}. Tätä käsitellään tarkemmin seuraavassa nimikkeistöä käsittelevässä moduulissa.

Kemiallisen sidoksen luokittelun perustana on niiden vetovoimien luonne, jotka pitävät atomeja tai ioneja yhdessä yhdisteessä. Kun elektronit siirtyvät ja ionit muodostuvat, syntyy ionisidoksia. Ionisidokset ovat sähköstaattisia vetovoimia eli vetovoimia, joita esiintyy vastakkaisen sähkövarauksen omaavien kohteiden (tässä tapauksessa kationien ja anionien) välillä. Kun elektronit ”jaetaan” ja muodostuu molekyylejä, syntyy kovalenttisia sidoksia. Kovalenttiset sidokset ovat sidosatomien positiivisesti varautuneiden ytimien ja yhden tai useamman atomien välissä olevan elektroniparin välisiä vetovoimia. Yhdisteet luokitellaan niissä esiintyvien sidosten perusteella ionisiksi tai molekyylisiksi (kovalenttisiksi).

Ioniset yhdisteet

Kun alkuaine, joka koostuu helposti elektroneja menettävistä atomeista (metalli), reagoi alkuaineen kanssa, joka koostuu helposti elektroneja saavista atomeista (ei-metalli), tapahtuu tavallisesti elektronien siirtyminen, jolloin syntyy ioneja. Tällä siirrolla muodostunut yhdiste stabiloituu yhdisteessä olevien vastakkaisen varauksen omaavien ionien välisen sähköstaattisen vetovoiman (ionisidosten) ansiosta. Esimerkiksi kun jokainen natriumatomi näytteessä olevasta natriummetallista (ryhmä 1) luovuttaa yhden elektronin muodostaen natriumkationin Na+ ja jokainen klooriatomi näytteessä olevasta kloorikaasusta (ryhmä 17) ottaa yhden elektronin muodostaen kloridi-anionin Cl-, syntyvä yhdiste NaCl koostuu natriumioneista ja kloridi-ioneista suhteessa yksi Na+-ioni kutakin Cl-ionia kohti. Vastaavasti jokainen kalsiumatomi (ryhmä 2) voi luovuttaa kaksi elektronia ja siirtää yhden kummallekin kahdelle klooriatomille muodostaen CaCl2:n, joka koostuu Ca2+- ja Cl-ioneista suhteessa yksi Ca2+-ioni kahta Cl-ionia kohti.

Yhdistettä, joka sisältää ioneja ja joka pysyy koossa ionisidoksilla, kutsutaan ioniseksi yhdisteeksi. Jaksollisen järjestelmän avulla voidaan tunnistaa monia ionisia yhdisteitä: Kun metalli yhdistetään yhden tai useamman epämetallin kanssa, yhdiste on yleensä ioninen. Tämä ohje toimii hyvin ionisten yhdisteiden muodostumisen ennustamisessa useimpien kemian johdantokurssilla tyypillisesti esiintyvien yhdisteiden osalta. Se ei kuitenkaan aina pidä paikkaansa (esimerkiksi alumiinikloridi, AlCl3, ei ole ioninen).

Ioniset yhdisteet voi usein tunnistaa niiden ominaisuuksien perusteella. Ioniset yhdisteet ovat kiinteitä aineita, jotka tyypillisesti sulavat korkeissa lämpötiloissa ja kiehuvat vielä korkeammissa lämpötiloissa. Esimerkiksi natriumkloridi sulaa 801 °C:ssa ja kiehuu 1413 °C:ssa. (Vertailun vuoksi molekyyliyhdiste vesi sulaa 0 °C:ssa ja kiehuu 100 °C:ssa.) Kiinteässä muodossa ioninen yhdiste ei ole sähköä johtava, koska sen ionit eivät pysty virtaamaan (”sähkö” on varattujen hiukkasten virtausta). Sulana se voi kuitenkin johtaa sähköä, koska sen ionit voivat liikkua vapaasti nesteen läpi (kuva 3).

Tässä kuvassa on kolme kuvaa, jotka on yhdistetty oikealle osoittavilla nuolilla. Ensimmäisessä näkyy hehkulamppu osana monimutkaista laboratoriolaiteasennelmaa. Lamppu ei ole valaistu. Toisessa kuvassa kuvataan ainetta, jota kuumennetaan tai sytytetään tuleen. Kolmannessa näkyy taas hehkulamppu, joka on syttynyt.

Kuva 3. Natriumkloridi sulaa 801 °C:ssa ja johtaa sähköä sulana. (luotto: Mark Blaserin ja Matt Evansin työn muokkaus)

Katso tämä video nähdäksesi suolojen seoksen sulavan ja johtavan sähköä.

Jokaiseen ioniseen yhdisteeseen kuuluvien kationien positiivisten varausten kokonaismäärä on yhtä suuri kuin anionien negatiivisten varausten kokonaismäärä. Ioniyhdisteet ovat siis kaiken kaikkiaan sähköisesti neutraaleja, vaikka ne sisältävät positiivisia ja negatiivisia ioneja. Voimme käyttää tätä havaintoa apuna ionisen yhdisteen kaavan kirjoittamisessa. Ionisen yhdisteen kaavassa ionien suhteen on oltava sellainen, että positiivisten ja negatiivisten varausten lukumäärät ovat yhtä suuret.

Esimerkki 3: Ionisen yhdisteen kaavan ennustaminen

Jalokivisafiiri (kuva 4) on enimmäkseen alumiinin ja hapen yhdiste, joka sisältää alumiinikationeja, Al3+, ja happianioneja, O2-. Mikä on tämän yhdisteen kaava?

Tässä kuvassa on sormus, johon on asetettu safiiri.

Kuva 4. Vaikka puhdas alumiinioksidi on väritöntä, jälkimäärät rautaa ja titaania antavat siniselle safiirille sen ominaisvärin. (luotto: muokkaus Stanislav Doronenkon työstä)

Näytä vastaus

Koska ioniyhdisteen on oltava sähköisesti neutraali, siinä on oltava yhtä monta positiivista ja negatiivista varausta. Kaksi alumiini-ionia, joiden kunkin varaus on 3+, antaisi kuusi positiivista varausta, ja kolme oksidi-ionia, joiden kunkin varaus on 2-, antaisi kuusi negatiivista varausta. Kaava olisi Al2O3.

Check Your Learning

Arvaa natriumkationin, Na+, ja sulfidianionin, S2-, välille muodostuvan ioniyhdisteen kaava.

Näytä vastaus

Na2S

Monissa ioniyhdisteissä on moniatomisia ioneja (taulukko 1) kationina, anionina tai molempina. Kuten yksinkertaisten ioniyhdisteiden, myös näiden yhdisteiden on oltava sähköisesti neutraaleja, joten niiden kaavat voidaan ennustaa käsittelemällä moniatomisia ioneja erillisinä yksikköinä. Kaavassa käytetään sulkuja osoittamaan yksikkönä käyttäytyvien atomien ryhmää. Esimerkiksi kalsiumfosfaatin, joka on yksi luustomme mineraaleista, kaava on Ca3(PO4)2. Tämä kaava osoittaa, että jokaista kahta fosfaattiryhmää kohti on kolme kalsiumionia (Ca2+) \left({\text{PO}}_{4}{}^{3-}\right). {\text{PO}}_{4}{}^{3-}-ryhmät ovat erillisiä yksiköitä, joista kukin koostuu yhdestä fosforiatomista ja neljästä happiatomista ja joiden kokonaisvaraus on 3-. Yhdiste on sähköisesti neutraali, ja sen kaavassa on yhteensä kolme Ca-, kaksi P- ja kahdeksan O-atomia.

Esimerkki 4: Moniatomaarisen anionin sisältävän yhdisteen kaavan ennustaminen

Leivinjauhe sisältää kalsiumdivetyfosfaattia, ioniyhdisteen, joka koostuu ioneista Ca2+ ja ioneista Ca2+ ja {{\text{H}}}_{2}{{{\text{PO}}_{4}{}{}^{-}. Mikä on tämän yhdisteen kaava?

Näytä vastaus

Positiivisten ja negatiivisten varausten on oltava tasapainossa, ja tämän ioniyhdisteen on oltava sähköisesti neutraali. Tarvitaan siis kaksi negatiivista varausta, jotta kalsiumionin 2+ -varaus saadaan tasapainoon. Tämä edellyttää yhden Ca2+ -ionin suhdetta kahteen {\text{H}}}_{2}{\text{PO}}_{4}{}^{-} ioniin. Nimetään tämä sulkemalla divetyfosfaatti-ionin kaava sulkuihin ja lisäämällä alaviite 2. Kaava on Ca(H2PO4)2.

Tarkista oppimasi

Arvaa litiumionin ja peroksidi-ionin välille muodostuvan ioniyhdisteen kaava, {\text{O}}}_{2}{}{}^{2-} (Vihje: Ennusta litiumionin merkki ja varaus jaksollisen järjestelmän avulla.)

Näytä vastaus

Li2O2

Koska ioniyhdiste ei koostu yksittäisistä, erillisistä molekyyleistä, sitä ei välttämättä voida symboloida oikein molekyylikaavalla. Sen sijaan ioniset yhdisteet on symbolisoitava kaavalla, joka osoittaa sen muodostavien kationien suhteelliset lukumäärät. Ainoastaan yksiatomisia ioneja sisältävien yhdisteiden (kuten NaCl) ja monien moniatomisia ioneja sisältävien yhdisteiden (kuten CaSO4) osalta nämä kaavat ovat vain aiemmin tässä luvussa esiteltyjä empiirisiä kaavoja. Joidenkin moniatomisia ioneja sisältävien ionisten yhdisteiden kaavat eivät kuitenkaan ole empiirisiä kaavoja. Esimerkiksi ioninen yhdiste natriumoksalaatti koostuu Na+- ja {\text{C}}_{2}{\text{O}}_{4}{}^{2-}-ioneista, jotka on yhdistetty suhteessa 2:1, ja sen kaava kirjoitetaan Na2C2O4. Tämän kaavan alatunnukset eivät ole pienimpiä mahdollisia kokonaislukuja, sillä jokainen niistä voidaan jakaa kahdella, jolloin saadaan empiirinen kaava NaCO2. Tämä ei kuitenkaan ole natriumoksalaatin hyväksytty kaava, sillä se ei kuvaa tarkasti yhdisteen moniatomaarista anionia, {\text{C}}_{2}{\text{O}}_{4}{}^{2-}.

Molekyyliyhdisteet

Monet yhdisteet eivät sisällä ioneja, vaan koostuvat pelkästään erillisistä, neutraaleista molekyyleistä. Nämä molekyyliyhdisteet (kovalenttiset yhdisteet) syntyvät, kun atomit pikemminkin jakavat kuin siirtävät (saavat tai menettävät) elektroneja. Kovalenttinen sidos on tärkeä ja laaja käsite kemiassa, ja sitä käsitellään varsin yksityiskohtaisesti tämän tekstin myöhemmässä luvussa. Voimme usein tunnistaa molekyyliyhdisteet niiden fysikaalisten ominaisuuksien perusteella. Normaaliolosuhteissa molekyyliyhdisteet esiintyvät usein kaasuina, matalalla kiehuvina nesteinä ja matalalla sulavina kiinteinä aineina, joskin monia tärkeitä poikkeuksia on olemassa.

Mikäli ioniset yhdisteet muodostuvat tavallisesti metallin ja epämetallin yhdistyessä, kovalenttiset yhdisteet muodostuvat tavallisesti epämetallien yhdistyessä. Näin ollen jaksollinen järjestelmä voi auttaa meitä tunnistamaan monia kovalenttisia yhdisteitä. Vaikka voimme käyttää yhdisteen alkuaineiden sijaintia jaksollisessa järjestelmässä ennustamaan, onko yhdiste ioninen vai kovalenttinen tässä vaiheessa kemian opintojamme, sinun on syytä olla tietoinen siitä, että tämä on hyvin yksinkertaistettu lähestymistapa, joka ei ota huomioon useita mielenkiintoisia poikkeuksia. Ionisten ja molekyyliyhdisteiden välillä on harmaan sävyjä, ja niistä opit lisää myöhemmin.

Esimerkki 5: Yhdisteiden sidostyypin ennustaminen

Arvaa, ovatko seuraavat yhdisteet ionisia vai molekyylisiä:

  1. KI, yhdiste, jota käytetään jodin lähteenä ruokasuolassa
  2. H2O2, valkaisu- ja desinfiointiaine vetyperoksidi
  3. CHCl3, nukutusaine kloroformi
  4. Li2CO3, masennuslääkkeissä käytettävän litiumin lähde
Näytä vastaus

  1. Kalium (ryhmä 1) on metalli ja jodi (ryhmä 17) on epämetalli; KI:n ennustetaan olevan ioninen.
  2. Vety (ryhmä 1) on epämetalli ja happi (ryhmä 16) on epämetalli; H2O2 ennustetaan molekyyliseksi.
  3. Hiili (ryhmä 14) on epämetalli, vety (ryhmä 1) on epämetalli ja kloori (ryhmä 17) on epämetalli; CHCl3:n ennustetaan olevan molekyylinen.
  4. Lithium (ryhmä 1A) on metalli ja karbonaatti on moniatominen ioni; Li2CO3:n ennustetaan olevan ioninen.

Tarkista oppimasi

Ennusta jaksollisen järjestelmän avulla, ovatko seuraavat yhdisteet ionisia vai kovalenttisia:

  1. SO2
  2. CaF2
  3. N2H4
  4. Al2(SO4)3
Show Vastaus

  1. molekyylinen
  2. ioninen
  3. molekyylinen
  4. ioninen

Keskeiset käsitteet ja yhteenveto

Metalleilla (erityisesti ryhmiin 1 ja 2 kuuluvilla) on taipumus menettää sen verran elektroneja, että niillä olisi sama määrä elektroneja kuin jaksollisen järjestelmän edellisellä jalokaasulla. Näin muodostuu positiivisesti varautunut ioni. Vastaavasti epämetallit (erityisesti ryhmiin 16 ja 17 kuuluvat ja vähemmässä määrin ryhmään 15 kuuluvat) voivat saada tarvittavan määrän elektroneja, jotta atomeilla olisi sama määrä elektroneja kuin jaksollisen järjestelmän seuraavassa jalokaasussa. Näin ollen epämetalleilla on taipumus muodostaa negatiivisia ioneja. Positiivisesti varautuneita ioneja kutsutaan kationeiksi ja negatiivisesti varautuneita ioneja anioneiksi. Ionit voivat olla joko yksiatomisia (sisältävät vain yhden atomin) tai moniatomisia (sisältävät useamman kuin yhden atomin).

Yhdisteitä, jotka sisältävät ioneja, kutsutaan ioniyhdisteiksi. Ioniyhdisteet muodostuvat yleensä metalleista ja epämetalleista. Yhdisteitä, jotka eivät sisällä ioneja, vaan koostuvat molekyyleiksi tiukasti toisiinsa sitoutuneista atomeista (varauksettomat atomiryhmät, jotka käyttäytyvät yhtenä yksikkönä), kutsutaan kovalenttisiksi yhdisteiksi. Kovalenttiset yhdisteet muodostuvat yleensä kahdesta epämetallista.

Harjoituksia

  1. Ennusta jaksollisen järjestelmän avulla, ovatko seuraavat kloridit ionisia vai kovalenttisia:
  2. Käyttämällä jaksollista järjestelmää ennusta, ovatko seuraavat kloridit ionisia vai kovalenttisia: SiCl4, PCl3, CaCl2, CsCl, CuCl2 ja CrCl3.
  3. Ilmoita kunkin seuraavan yhdisteen osalta, onko se ioninen vai kovalenttinen. Jos se on ioninen, kirjoita mukana olevien ionien symbolit:
    1. NF3
    2. BaO,
    3. (NH4)2CO3
    4. Sr(H2PO4)2
    5. IBr
    6. Na2O
  4. Ilmoita jokaisesta seuraavasta yhdisteestä, onko se ioninen vai kovalenttinen, ja jos se on ioninen, kirjoita siihen osallistuvien ionien symbolit:
    1. KClO4
    2. MgC2H3O2
    3. H2S
    4. Ag2S
    5. N2Cl4
    6. Co(NO3)2
  5. Kirjoita jokaiselle seuraavalle ioniparille niiden muodostaman yhdisteen kaavan tunnus:
    1. Ca2+, S2-
    2. {\text{NH}}}_{4}{}^{+}, {\text{SO}}}_{4}{}^{2-}
    3. Al3+, Br- d) Na+, {\text{HPO}}_{4}{}^{2-} (e) Mg2+, {\text{PO}}_{4}{}^{3-}
  6. Kirjoita jokaiselle seuraavista ionipareista niiden muodostaman yhdisteen kaavan symboli:
    1. K+, O2-
    2. {\text{NH}}_{4}{}^{+}, {\text{PO}}_{4}{}^{3-}
    3. Al3+, O2-
    4. Na+, {\text{CO}}_{3}{}^{2-}
    5. Ba2+, {\text{PO}}_{4}{}^{3-}
Näytä valitut vastaukset

1. Ioninen: KCl, MgCl2; kovalenttinen: NCl3, ICl, PCl5, CCl4

3. (a) kovalenttinen; (b) ioninen, Ba2+, O2-; (c) ioninen, {\text{NH}}}_{4}{}^{+}, {\text{CO}}_{3}{}^{2-}; (d) ioninen, Sr2+, {\text{H}}}_{2}{\text{PO}}_{4}{}^{-}; (e) kovalenttinen; (f) ioninen, Na+, O2-

5. (a) CaS; (b) (NH4)2SO4; (c) AlBr3; (d) Na2HPO4; (e) Mg3 (PO4)2

Sanasto

kovalenttinen sidos: vetovoima, joka vallitsee molekyylin atomien ydinten ja atomien välisten elektroniparien välillä

kovalenttinen sidos: (myös molekyyliyhdiste) kahden tai useamman eri alkuaineen atomien muodostamista molekyyleistä koostuva yhdiste

ionisidos: ionisen yhdisteen vastakkaisesti varautuneiden ionien väliset sähköstaattiset vetovoimat

ioniyhdiste: yhdiste, joka muodostuu kationeista ja anioneista, jotka ovat yhdistyneet keskenään suhdeluvuilla ja joiden tuloksena on sähköisesti neutraali aine

molekyyliyhdiste: (myös kovalenttinen yhdiste), joka koostuu kahden tai useamman eri alkuaineen atomien muodostamista molekyyleistä

monatominen ioni: ioni, joka koostuu yhdestä ainoasta atomista

oksyanioni: moniatominen anioni, joka koostuu happiatomeihin sitoutuneesta keskiatomista

polyatominen ioni: ioni, joka koostuu useammasta kuin yhdestä atomista

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.