I vanlige kjemiske reaksjoner, kjernen av hvert atom (og dermed identiteten til elementet) forblir uendret., Elektroner, kan imidlertid bli lagt til atomer ved overføring fra andre atomer, tapt ved overføring til andre atomer, eller delt med andre atomer. Overføring og deling av elektroner mellom atomer styrer kjemi av elementene. Under dannelsen av noen stoffer er atomene gevinst eller mister elektroner, og danne elektrisk ladde partikler som kalles ioner (Figur 1).

Du kan bruke periodesystemet til å forutsi om et atom vil danne et anion eller et kation, og du kan ofte forutsi kostnad av den resulterende ion., Atomer med mange hoved-gruppe metaller mister nok elektroner til å forlate dem med samme antall elektroner som et atom av de foregående edle gass. For å illustrere, et atom av et alkali metall (gruppe 1) mister et elektron og danner et kation med en 1+ kostnad; et alkalisk jord metall (gruppe 2) mister to elektroner og danner en kasjon med en 2+ kostnad, og så videre. For eksempel, en nøytral kalsium atom, med 20 protoner og 20 elektroner, lett mister to elektroner. Dette resulterer i en kasjon med 20 protoner, 18 elektroner, og en 2+ kostnad., Den har samme antall elektroner som atomer av de foregående edle gass, argon, og er symbolisert \text{Ca}^{2+}. Navnet på en metall-ion-er det samme som navnet på metall atom som det former, så \text{Ca}^{2+} kalles en calcium ion.

Når atomer av ikke-metall elementer danner ioner, de vanligvis få nok elektroner for å gi dem samme antall elektroner som et atom av de neste edle gass i den periodiske tabell. Atomer av gruppe 17 få ett elektron og danne anioner med en 1− kostnad; atomer av gruppe 16 får to elektroner og danner ioner med en 2− avgift, og så videre., For eksempel, den nøytrale brom atom, med 35 protoner og 35 elektroner, kan få et elektron til å gi det med 36 elektroner. Dette resulterer i et anion med 35 protoner, 36 elektroner, og en 1− kostnad. Den har samme antall elektroner som atomer av neste edle gass, krypton, og er symbolisert \text{Br}^{-}. (En diskusjon av teori som støtter den foretrukne status av edle gass electron tallene gjenspeiles i disse intelligent regler for ion-formasjonen er gitt i et senere modul av denne teksten.,)

Merk nytten av den periodiske tabellen i å forutsi sannsynlig ion-dannelse og kostnad (Figur 2). Flytting fra lengst til venstre mot høyre på den periodiske tabellen, hoved-gruppe elementene har en tendens til å danne kationer med en kostnad lik gruppe nummer. Det er, gruppe 1 elementer skjema 1+ – ioner, gruppe 2 elementer skjema 2+ – ioner, og så videre. Beveger seg fra høyre til venstre på den periodiske tabellen, elementer som ofte danner anioner med en negativ ladning lik antall grupper flyttet til venstre fra den edle gasser., For eksempel, gruppe 17 elementer (en gruppe venstre for den edle gasser) skjema 1− ioner, gruppe 16 elementer (to grupper venstre) skjema 2− ioner, og så videre. Denne trenden kan brukes som en guide i mange tilfeller, men den prediktive verdien synker når man beveger seg mot midten av den periodiske tabellen. Faktisk, overgang metaller og enkelte andre metaller viser ofte variable kostnader som ikke er forutsigbart av deres plassering i tabellen. For eksempel, kobber kan danne ioner med en 1+ og 2+ kostnad, og jern kan danne ioner med en 2+ eller 3+ kostnad.

Figur 2., Noen av elementene viser et regelmessig mønster av ioniske kostnad når de danner ioner.

ioner som vi har diskutert så langt er kalt monatomic ioner, det vil si at de er dannet ioner fra bare ett atom. Vi finner også mange polyatomic ioner. Disse ioner, som fungerer som diskrete enheter, er elektrisk ladde molekyler (en gruppe atomer bundet med en samlet kostnad)., Noen av de mer viktig polyatomic ioner er oppført i Tabell 1. Oxyanions er polyatomic ioner som inneholder ett eller flere oksygen atomer. På dette punktet i ditt studium kjemi, bør du huske navn, formler og avgifter av de vanligste polyatomic ioner. Fordi du vil bruke dem flere ganger, vil de snart bli kjent.

arten av attraktive krefter som holder atomer eller ioner sammen innenfor et stoff er grunnlag for å klassifisere kjemisk binding. Når elektronene overføres og ioner form, ioniske bindinger resultat., Ioniske bindinger er elektrostatiske krefter om tiltrekning, som er attraktive styrker erfarne mellom objekter av motsatt elektrisk ladning (i dette tilfellet, kationer og anioner). Når elektronene er «felles» og molekyler form, covalent obligasjoner resultat. Covalent obligasjoner er tiltrekkende krefter mellom de positivt ladede kjerner av limt atomer og ett eller flere par av elektroner som er plassert mellom atomer. Forbindelser er klassifisert som ionisk eller molekyler (covalent) på grunnlag av obligasjoner til stede i dem.,

Ioniske Forbindelser

Når et grunnstoff består av atomer som lett mister elektroner (et metall) reagerer med et grunnstoff består av atomer som lett få elektroner (et ikke-metall), vil en overføring av elektroner vanligvis oppstår, produsere ioner. Det sammensatte dannet ved denne overføringen er stabilisert av den elektrostatiske attraksjoner (ioniske bindinger) mellom ioner med motsatt ladning til stede i det sammensatte., For eksempel, når hver sodium atom i en prøve av natrium metall (gruppe 1) gir opp ett elektron for å danne en sodium kation, Na+, og hver klor atom i en prøve av klorgasser (gruppe 17) aksepterer ett elektron for å danne et klorid anion, Cl−, den resulterende forbindelsen, NaCl, er sammensatt av natrium ioner og klorid-ioner i forholdet mellom en Na+ – ion-for hver Cl− ion. På samme måte hver kalsium atom (gruppe 2) kan gi opp to elektroner og overføre ett til hver av de to kloratomer å danne CaCl2, som er sammensatt av Ca2+ og Cl− ioner i forholdet mellom en Ca2+ – ion-to Cl− ioner.,

Et stoff som inneholder ioner og er holdt sammen av ioniske obligasjoner kalles en ionisk sammensatte. Den periodiske tabellen nedenfor kan hjelpe oss med å gjenkjenne mange av de forbindelser som er ionisk: Når et metall som er kombinert med en eller flere nonmetals, det sammensatte er vanligvis ioniske. Denne retningslinjen fungerer godt for å forutsi ioniske sammensatte dannelse for de fleste av forbindelsene vanligvis oppstått i en innledende kjemi kurs. Imidlertid, det er ikke alltid sann (for eksempel aluminium klorid, AlCl3, ikke ioniske).

Du kan ofte kjenne igjen ioniske forbindelser på grunn av sine egenskaper., Ioniske forbindelser er faste stoffer som vanligvis smelter ved høye temperaturer og kok ved enda høyere temperaturer. For eksempel, sodium chloride smelter på 801 °C og koker ved 1413 °C. (Som en sammenligning, den molekylære stoff vann smelter ved 0 °C og koker ved 100 °C.) I fast form, en ionisk forbindelsen er ikke elektrisk ledende fordi ionene er i stand til å strømme («strøm» er strømmen av ladete partikler). Da smeltet, men det kan lede strøm fordi ionene er i stand til å bevege seg fritt gjennom væsken (Figur 3).

Figur 3., Natriumklorid smelter på 801 °C og leder strøm når smeltet. (credit: endring av arbeid av Mark Blaser og Matt Evans)

I hver ioniske sammensatte, er det totale antallet positive ladninger av kationer er lik det totale antall negative ladninger av anioner. Dermed, ioniske forbindelser er elektrisk nøytrale totalt sett, selv om de inneholder positive og negative ioner. Vi kan bruke denne observasjonen til å hjelpe oss med å skrive formelen for en ionisk sammensatte. Formelen for en ionisk sammensatte må ha et forhold av ioner slik at antall positive og negative ladninger er like.,

Eksempel 3: å Forutsi Formelen for en Ionisk Sammensatte

gemstone safir (Figur 4) er for det meste en sammensatt av aluminium og oksygen som inneholder aluminium kationer, Al3+, og oksygen anioner, O2−. Hva er formelen for denne forbindelsen?

Figur 4. Selv om ren aluminium oksid er fargeløs, spormengder av jern og titan gi blå safir sin karakteristiske farge., (credit: endring av arbeid av Stanislav Doronenko)

Vis Løsning

Fordi den ioniske sammensatte må være elektrisk nøytralt, det må ha samme antall positive og negative ladninger. To aluminium-ioner, hver med en kostnad på 3+, ville gi oss seks positive avgifter, og tre nox-ioner, hver med en kostnad på 2−, ville gi oss seks negative ladninger. Formelen ville være Al2O3.,

Sjekk Din Læring

Forutsi formel av den ioniske stoff som dannes mellom natrium kation, Na+, og sulfide anion, S2−.

Vis Løsning

Na2S

Molekylære Forbindelser

Mange forbindelser som ikke inneholder ioner, men i stedet består utelukkende av diskrete, nøytrale molekyler. Disse molekylære forbindelser (covalent forbindelser) resultat når atomer deler, heller enn å overføre (gevinst eller tap), elektroner. Covalent bonding er en viktig og omfattende konsept i kjemi, og det vil bli behandlet i betydelig detalj i en senere modul av denne teksten. Vi kan ofte identifisere molekylære forbindelser på grunnlag av deres fysikalske egenskaper., Under normale forhold, molekylære forbindelser ofte eksistere som gasser, lav-kokende væsker, og lav-melting tørrstoff, selv om mange viktige unntak finnes.

Mens ioniske forbindelser er vanligvis dannet når et metall og et ikke-metall kombinere, covalent forbindelser er vanligvis dannet av en kombinasjon av nonmetals. Dermed er den periodiske tabellen nedenfor kan hjelpe oss med å gjenkjenne mange av de forbindelser som er covalent., Mens vi kan bruke posisjoner av et stoff som er elementene i det periodiske system for å forutsi om det er ionisk eller covalent på dette punktet i vår studie av kjemi, bør du være klar over at dette er en veldig forenklet tilnærming som ikke konto for en rekke interessante unntak. Nyanser av grått eksisterer mellom ioniske og molekylære forbindelser, og vil du lære mer om disse senere.,