I almindelige kemiske reaktioner, kernen i hvert atom (og dermed den identitet, element) forbliver uændret., Elektroner kan imidlertid føjes til atomer ved overførsel fra andre atomer, tabt ved overførsel til andre atomer eller deles med andre atomer. Overførsel og deling af elektroner mellem atomer styrer elementernes Kemi. Under dannelsen af nogle forbindelser får eller taber atomer elektroner og danner elektrisk ladede partikler kaldet ioner (Figur 1).

Du kan bruge det periodiske bord til at forudsige, om et atom vil danne en anion eller en kation, og du kan ofte forudsige ladningen af den resulterende ion., Atomer af mange hovedgruppemetaller mister nok elektroner til at forlade dem med det samme antal elektroner som et atom af den foregående ædelgas. For at illustrere mister et atom af et alkalimetal (gruppe 1) en elektron og danner en kation med en 1+ ladning; et jordalkalimetal (gruppe 2) mister to elektroner og danner en kation med en 2+ ladning osv. For eksempel mister et neutralt calciumatom med 20 protoner og 20 elektroner Let to elektroner. Dette resulterer i en kation med 20 protoner, 18 elektroner og en 2+ ladning., Det har det samme antal elektroner som atomer af den foregående ædelgas, argon, og er symboliseret \te .t{Ca}^{2+}. Navnet på en metalion er det samme som navnet på det metalatom, hvorfra det dannes, så \te .t{Ca}^{2+} kaldes en calciumion.

når atomer af ikke-metalliske elementer danner ioner, får de generelt nok elektroner til at give dem det samme antal elektroner som et atom af den næste ædelgas i det periodiske bord. Atomer i gruppe 17 får en elektron og danner anioner med en 1− ladning; atomer i gruppe 16 får to elektroner og danner ioner med en 2− ladning og så videre., For eksempel kan det neutrale bromatom med 35 protoner og 35 elektroner få en elektron for at give den 36 elektroner. Dette resulterer i en anion med 35 protoner, 36 elektroner og en 1− ladning. Det har det samme antal elektroner som atomer af den næste ædelgas, krypton, og er symboliseret \te .t{br}^{-}. (En diskussion af teorien, der understøtter den foretrukne status for ædelgaselektrontal, der afspejles i disse forudsigelige regler for iondannelse, findes i et senere modul i denne tekst.,)

Bemærk nytten af den periodiske tabel til forudsigelse af sandsynlig iondannelse og ladning (figur 2). Flytning fra yderste venstre til højre på det periodiske bord har hovedgruppeelementer en tendens til at danne kationer med en ladning svarende til gruppenummeret. Det vil sige, gruppe 1-elementer danner 1+ ioner; gruppe 2-elementer danner 2+ ioner og så videre. Flytning fra yderste højre til venstre på det periodiske bord danner elementer ofte anioner med en negativ ladning svarende til antallet af grupper, der flyttes til venstre fra ædelgasserne., For eksempel danner gruppe 17− elementer (en gruppe tilbage af ædelgasserne) 1− ioner; gruppe 16-elementer (to grupper tilbage) danner 2-ioner og så videre. Denne tendens kan bruges som vejledning i mange tilfælde, men dens forudsigelige værdi falder, når den bevæger sig mod midten af det periodiske bord. Faktisk udviser overgangsmetaller og nogle andre metaller ofte variable ladninger, der ikke er forudsigelige ved deres placering i tabellen. For eksempel kan kobber danne ioner med en 1+ eller 2+ opladning, og jern kan danne ioner med en 2+ eller 3+ opladning.

Figur 2., Nogle elementer udviser et regelmæssigt mønster af ionisk ladning, når de danner ioner.

de ioner, vi har diskuteret hidtil, kaldes monatomiske ioner, det vil sige, de er ioner dannet af kun et atom. Vi finder også mange polyatomiske ioner. Disse ioner, der fungerer som diskrete enheder, er elektrisk ladede molekyler (en gruppe af bundne atomer med en samlet ladning)., Nogle af de mere vigtige polyatomiske ioner er anført i tabel 1. O .yanioner er polyatomiske ioner, der indeholder et eller flere O oxygenygenatomer. På dette tidspunkt i din undersøgelse af kemi skal du huske navne, formler og ladninger af de mest almindelige polyatomiske ioner. Fordi du vil bruge dem gentagne gange, vil de snart blive bekendt.

arten af de attraktive kræfter, der holder atomer eller ioner sammen i en forbindelse, er grundlaget for klassificering af kemisk binding. Når elektroner overføres og ioner dannes, resulterer ionbindinger., Ionbindinger er elektrostatiske tiltrækningskræfter, det vil sige de attraktive kræfter, der opleves mellem genstande med modsat elektrisk ladning (i dette tilfælde kationer og anioner). Når elektroner “deles” og molekyler dannes, resulterer kovalente bindinger. Kovalente bindinger er de attraktive kræfter mellem de positivt ladede kerner af de bundne atomer og et eller flere par elektroner, der er placeret mellem atomerne. Forbindelser klassificeres som ioniske eller molekylære (kovalente) på basis af de bindinger, der er til stede i dem.,

ioniske forbindelser

Når et element sammensat af atomer, der let mister elektroner (et metal) reagerer med et element sammensat af atomer, der let får elektroner (en ikke-metal), forekommer der normalt en overførsel af elektroner, der producerer ioner. Forbindelsen dannet ved denne overførsel stabiliseres af de elektrostatiske attraktioner (ionbindinger) mellem ionerne af modsat ladning, der er til stede i forbindelsen., For eksempel, når hver natrium-atomer i en prøve af natrium metal (gruppe 1) giver op én elektron til at danne en natrium-kation, Na+, og hver klor-atom i en prøve af klor gas (gruppe 17) accepterer en elektron til at danne en anion chlorid, Cl−, den resulterende forbindelse, NaCl, består af natriumioner og chloridioner i forholdet mellem en Na+ ion for hver Cl− ion. Tilsvarende kan hvert calciumatom (gruppe 2) opgive to elektroner og overføre en til hver af to kloratomer for at danne CaCl2, som er sammensat af Ca2+ og Cl− ioner i forholdet mellem en Ca2+ ion og to Cl− ioner.,

en forbindelse, der indeholder ioner og holdes sammen af ionbindinger, kaldes en ionisk forbindelse. Den periodiske tabel kan hjælpe os med at genkende mange af de forbindelser, der er ioniske: når et metal kombineres med en eller flere ikke-metaller, er forbindelsen normalt ionisk. Denne retningslinje fungerer godt til at forudsige dannelse af ionforbindelser for de fleste af de forbindelser, der typisk findes i et introduktionskemi-kursus. Det er dog ikke altid sandt (for eksempel er aluminiumchlorid, AlCl3, ikke ionisk).

Du kan ofte genkende ioniske forbindelser på grund af deres egenskaber., Ioniske forbindelser er faste stoffer, der typisk smelter ved høje temperaturer og koger ved endnu højere temperaturer. For eksempel, natriumchlorid smelter på 801 °C og koger ved 1413 °C. (Som en sammenligning, er den molekylære sammensatte vand smelter ved 0 °C, og koger ved 100 °C.) I fast form, en ionisk stof er ikke elektrisk ledende, fordi dens ioner er i stand til flow (“elektricitet” er strømmen af elektrisk ladede partikler). Når den smeltes, kan den imidlertid lede elektricitet, fordi dens ioner er i stand til at bevæge sig frit gennem væsken (figur 3).

Figur 3., Natriumchlorid smelter ved 801.C og leder elektricitet, når det smeltes. (credit: ændring af arbejde af Mark Blaser og Matt Evans)

i hver ionforbindelse er det samlede antal positive ladninger af kationerne lig med det samlede antal negative ladninger af anionerne. Således er ionforbindelser generelt elektrisk neutrale, selvom de indeholder positive og negative ioner. Vi kan bruge denne observation til at hjælpe os med at skrive formlen for en ionisk forbindelse. Formlen for en ionisk forbindelse skal have et forhold mellem ioner, således at antallet af positive og negative ladninger er ens.,

Eksempel 3: Forudsige Formlen for en Ionisk Sammensatte

safir ædelsten (Figur 4) er for det meste en blanding af aluminium og oxygen, der indeholder aluminium kationer, Al3+, og ilt anioner, O2−. Hvad er formlen for denne forbindelse?

Figur 4. Selvom ren aluminiumo .id er farveløs, spormængder af jern og titanium giver blå safir sin karakteristiske farve., (credit: modifikation af arbejdet med Stanislav Doronenko)

Vis Løsning

på Grund af den ioniske sammensatte skal være elektrisk neutrale, det skal de have det samme antal positive og negative ladninger. To aluminiumioner, hver med en ladning på 3+ , ville give os seks positive ladninger, og tre o .idioner, hver med en ladning på 2−, ville give os seks negative ladninger. Formlen ville være Al2O3.,

kontroller din læring

Forudsig formlen for den ioniske forbindelse dannet mellem natriumkationen, Na+ og sulfidanionen, S2−.

Vis Løsning

Na2S

molekylære forbindelser

mange forbindelser indeholder ikke ioner, men består i stedet udelukkende af diskrete, neutrale molekyler. Disse molekylære forbindelser (kovalente forbindelser) resulterer, når atomer deler, snarere end at overføre (vinde eller tabe), elektroner. Kovalent binding er et vigtigt og omfattende koncept inden for Kemi, og det vil blive behandlet meget detaljeret i et senere modul i denne tekst. Vi kan ofte identificere molekylære forbindelser på grundlag af deres fysiske egenskaber., Under normale forhold findes molekylære forbindelser ofte som gasser, lavkogende væsker og lavsmeltende faste stoffer, selvom der findes mange vigtige undtagelser.mens ioniske forbindelser normalt dannes, når et metal og en ikke-metalkombination, dannes kovalente forbindelser normalt ved en kombination af ikke-metaller. Således kan den periodiske tabel hjælpe os med at genkende mange af de forbindelser, der er kovalente., Mens vi kan bruge positionerne for en forbindelses elementer i den periodiske tabel til at forudsige, om det er ionisk eller kovalent på dette tidspunkt i vores undersøgelse af kemi, skal du være opmærksom på, at dette er en meget forenklet tilgang, der ikke tegner sig for en række interessante undtagelser. Gråtoner findes mellem ioniske og molekylære forbindelser, og du vil lære mere om dem senere.,