efekty uczenia się
- Definiowanie związków jonowych i molekularnych (kowalencyjnych)
- Przewidywanie rodzaju związków utworzonych z pierwiastków na podstawie ich położenia w układzie okresowym
- wyznaczanie wzorów dla prostych związków jonowych
w zwykłych reakcjach chemicznych, jądro każdego atomu (a tym samym tożsamość pierwiastka) pozostaje bez zmian., Elektrony mogą być jednak dodawane do atomów przez przeniesienie z innych atomów, utracone przez przeniesienie do innych atomów lub dzielone z innymi atomami. Przenoszenie i dzielenie elektronów między atomami reguluje chemię pierwiastków. Podczas tworzenia niektórych związków Atomy zyskują lub tracą elektrony i tworzą naładowane elektrycznie cząstki zwane jonami (ryc. 1).
możesz użyć układu okresowego, aby przewidzieć, czy atom utworzy anion lub kation, i często możesz przewidzieć ładunek powstającego jonu., Atomy wielu metali z grupy głównej tracą wystarczającą ilość elektronów, aby pozostawić je z taką samą liczbą elektronów, jak atom poprzedzającego gazu szlachetnego. Aby zilustrować, atom metalu alkalicznego (Grupa 1) traci jeden elektron i tworzy kation z ładunkiem 1+; metal ziemi alkalicznej (Grupa 2) traci dwa elektrony i tworzy kation z ładunkiem 2+, i tak dalej. Na przykład neutralny atom wapnia, z 20 protonami i 20 elektronami, łatwo traci dwa elektrony. W wyniku tego powstaje kation z 20 protonami, 18 elektronami i ładunkiem 2+., Ma taką samą liczbę elektronów jak atomy poprzedniego gazu szlachetnego, argonu i jest symbolem \ text{Ca}^{2+}. Nazwa jonu metalu jest taka sama jak nazwa atomu metalu, z którego powstaje, więc \text{Ca}^{2+} nazywany jest jonem wapnia.
gdy atomy pierwiastków niemetalowych tworzą jony, na ogół zyskują wystarczającą ilość elektronów, aby dać im taką samą liczbę elektronów, jak atom następnego gazu szlachetnego w układzie okresowym. Atomy z grupy 17 zyskują jeden elektron i tworzą aniony z 1-ładunkiem; Atomy z grupy 16 zyskują dwa elektrony i tworzą jony z 2-ładunkiem, i tak dalej., Na przykład neutralny ATOM bromu, z 35 protonami i 35 elektronami, może uzyskać jeden elektron, aby zapewnić mu 36 elektronów. W wyniku tego powstaje anion z 35 protonami, 36 elektronami i jednym ładunkiem. Ma taką samą liczbę elektronów jak atomy kolejnego gazu szlachetnego, kryptonu, i jest symbolem \ text{Br}^{ -}. (Omówienie teorii popierającej uprzywilejowany status liczb elektronowych gazu szlachetnego odzwierciedlonych w tych predykcyjnych regułach formowania jonów zostało przedstawione w późniejszym module tego tekstu.,)
zwróć uwagę na przydatność układu okresowego do przewidywania prawdopodobnego powstawania jonów i ładunku (ryc. 2). Poruszając się od lewej do prawej strony układu okresowego, pierwiastki grupy głównej mają tendencję do tworzenia kationów o ładunku równym liczbie grupy. Oznacza to, że pierwiastki grupy 1 tworzą jony 1+; pierwiastki grupy 2 tworzą jony 2 + i tak dalej. Poruszając się od prawej do lewej strony układu okresowego, pierwiastki często tworzą aniony o ładunku ujemnym równym liczbie grup przesuniętych w lewo od gazów szlachetnych., Na przykład grupa 17 pierwiastków (jedna grupa pozostała z gazów szlachetnych) tworzy jony 1; grupa 16 pierwiastków (dwie grupy pozostały) tworzy jony 2 i tak dalej. Trend ten może być stosowany jako przewodnik w wielu przypadkach, ale jego wartość predykcyjna zmniejsza się, gdy porusza się w kierunku środka układu okresowego. W rzeczywistości metale przejściowe i niektóre inne metale często wykazują zmienne ładunki, które nie są przewidywalne ze względu na ich położenie w tabeli. Na przykład miedź może tworzyć jony z ładunkiem 1+ lub 2+, a żelazo może tworzyć jony z ładunkiem 2 + lub 3+.
Rysunek 2., Niektóre elementy wykazują Regularny wzór ładunku jonowego, gdy tworzą jony.
przykład 1: Skład jonów
jon występujący w niektórych związkach stosowanych jako antyperspiranty zawiera 13 protonów i 10 elektronów. Jaki jest jego symbol?
Sprawdź swoją wiedzę
podaj symbol i nazwę jonu z 34 protonami i 36 elektronami.
przykład 2: Tworzenie jonów
magnez i azot reagują tworząc związek jonowy. Przewiduj, który tworzy anion, który tworzy kation, i ładunki każdego jonu., Napisz symbol dla każdego jonu i nazwij go.
Sprawdź swoją wiedzę
aluminium i węgiel reagują tworząc związek jonowy. Przewiduj, który tworzy anion, który tworzy kation, i ładunki każdego jonu., Napisz symbol dla każdego jonu i nazwij go.
jony, które omówiliśmy do tej pory, nazywane są jonami monatomowymi, to znaczy są jonami utworzonymi tylko z jednego atomu. Znajdziemy również wiele jonów poliatomowych. Jony te, które działają jako jednostki dyskretne, są elektrycznie naładowanymi cząsteczkami (grupą połączonych atomów o całkowitym ładunku)., Niektóre z ważniejszych jonów poliatomowych są wymienione w tabeli 1. Oksyaniony to jony poliatomowe, które zawierają jeden lub więcej atomów tlenu. W tym momencie w swoim badaniu chemii, powinieneś zapamiętać nazwy, wzory i ładunki najczęstszych jonów poliatomowych. Ponieważ będziesz ich używać wielokrotnie, wkrótce staną się znane.
natura sił przyciągających, które trzymają atomy lub jony razem w związku, jest podstawą klasyfikacji wiązań chemicznych. Kiedy elektrony są przenoszone i tworzą się jony, powstają wiązania jonowe., Wiązania jonowe są elektrostatycznymi siłami przyciągania, czyli siłami przyciągania doświadczanymi między obiektami przeciwnego ładunku elektrycznego (w tym przypadku kationami i anionami). Kiedy elektrony są „dzielone” i tworzą się cząsteczki, powstają wiązania kowalencyjne. Wiązania kowalencyjne to siły przyciągające między dodatnio naładowanymi jądrami połączonych atomów i jedną lub więcej par elektronów, które znajdują się między atomami. Związki są klasyfikowane jako jonowe lub molekularne (kowalencyjne) na podstawie obecnych w nich wiązań.,
związki jonowe
gdy element składający się z atomów, które łatwo tracą elektrony (metal) reaguje z elementem składającym się z atomów, które łatwo zyskują elektrony( niemetal), zwykle następuje przeniesienie elektronów, produkując jony. Związek utworzony przez ten transfer jest stabilizowany przez atrakcje elektrostatyczne (wiązania jonowe) między jonami o przeciwnych ładunkach obecnymi w związku., Na przykład, gdy każdy atom sodu w próbce metalu sodu (Grupa 1) oddaje jeden elektron, tworząc kation sodu, Na+, a każdy atom chloru w próbce gazu chloru (Grupa 17) przyjmuje jeden elektron, tworząc anion chlorkowy, Cl−, powstały związek, NaCl, składa się z jonów sodu i jonów chlorkowych w stosunku jednego jonu Na+ dla każdego jonu Cl. Podobnie, każdy atom wapnia (Grupa 2) może zrezygnować z dwóch elektronów i przenieść po jednym do każdego z dwóch atomów chloru, tworząc CaCl2, który składa się z jonów Ca2+ i CL w stosunku jednego jonu Ca2+ do dwóch jonów Cl.,
związek, który zawiera jony i jest utrzymywany razem przez wiązania jonowe, nazywa się związkiem jonowym. Układ okresowy może pomóc nam rozpoznać wiele związków, które są jonowe: gdy metal jest połączony z jednym lub więcej niemetali, związek jest zwykle jonowy. Wytyczne te dobrze sprawdzają się w przewidywaniu tworzenia związków jonowych dla większości związków typowo spotykanych na wstępnym kursie chemii. Jednak nie zawsze jest to prawdą (na przykład chlorek glinu, AlCl3, nie jest jonowy).
często można rozpoznać związki jonowe ze względu na ich właściwości., Związki jonowe to Ciała stałe, które zazwyczaj topią się w wysokich temperaturach i gotują w jeszcze wyższych temperaturach. Na przykład chlorek sodu topi się w temperaturze 801 °C i wrze w temperaturze 1413 °C. (Dla porównania, związek cząsteczkowy woda topi się w temperaturze 0 °C i wrze w temperaturze 100 °C.) w postaci stałej związek jonowy nie przewodzi elektrycznie, ponieważ jego jony nie są w stanie płynąć („elektryczność” to przepływ naładowanych cząstek). Po stopieniu może jednak przewodzić elektryczność, ponieważ jego jony mogą swobodnie poruszać się po cieczy (ryc. 3).
Rysunek 3., Chlorek sodu topi się w temperaturze 801 °C i przewodzi elektryczność po stopieniu. (kredyt: modyfikacja pracy przez Mark Blaser i Matt Evans)
obejrzyj ten film, aby zobaczyć mieszaninę soli topi się i przewodzi elektryczność. (Zauważ, że film nie ma narracji. Możesz uzyskać dostęp do opisu audio za pomocą widżetu poniżej wideo.)
możesz zobaczyć transkrypcję audiodeskrypcji „Konduktometria stopionej soli” tutaj (otwiera się w nowym oknie).,
w każdym związku jonowym całkowita liczba ładunków dodatnich kationów jest równa całkowitej liczbie ładunków ujemnych anionów. Dlatego związki jonowe są elektrycznie neutralne, mimo że zawierają jony dodatnie i ujemne. Możemy użyć tej obserwacji, aby pomóc nam napisać wzór związku jonowego. Wzór związku jonowego musi mieć stosunek jonów taki, aby liczby ładunków dodatnich i ujemnych były równe.,
przykład 3: Przewidywanie wzoru związku jonowego
szafir z kamieni szlachetnych (Rysunek 4) jest głównie Związkiem aluminium i tlenu, który zawiera kationy glinu, Al3+ i aniony tlenowe, O2−. Jaki jest wzór tego związku?
Rysunek 4. Chociaż czysty tlenek glinu jest bezbarwny, śladowe ilości żelaza i tytanu nadają niebieskiemu szafirowi charakterystyczny kolor., (źródło: modyfikacja pracy Stanislava Doronenko)
Sprawdź swoją wiedzę
przewiduj wzór związku jonowego powstałego pomiędzy kationem sodu, Na+, a anionem siarczkowym, S2−.
wiązanie jonowe
wiązania jonowe tworzą się między metalami i niemetalami.
możesz zobaczyć transkrypcję „Wprowadzenie do wiązania jonowego” tutaj (otwiera się w nowym oknie).
możesz zobaczyć transkrypcję „wiązanie jonowe Cz.2” tutaj (otwiera się w nowym oknie).,
związki molekularne
wiele związków nie zawiera jonów, ale składa się wyłącznie z dyskretnych, neutralnych cząsteczek. Te związki molekularne (związki kowalencyjne) wynikają, gdy atomy dzielą, a nie przenoszą (zyskują lub tracą) elektrony. Wiązanie kowalencyjne jest ważnym i obszernym pojęciem w chemii i zostanie szczegółowo omówione w późniejszym module tego tekstu. Często możemy zidentyfikować związki molekularne na podstawie ich właściwości fizycznych., W normalnych warunkach związki molekularne często występują jako gazy, niskowrzące ciecze i Niskotopliwe ciała stałe, chociaż istnieje wiele ważnych WYJĄTKÓW.
podczas gdy związki jonowe powstają zwykle, gdy metal i niemetal łączą się, związki kowalencyjne są zwykle tworzone przez kombinację niemetali. Tak więc układ okresowy może pomóc nam rozpoznać wiele związków, które są kowalencyjne., Chociaż możemy użyć pozycji pierwiastków związku w układzie okresowym, aby przewidzieć, czy jest jonowy czy kowalencyjny w tym momencie w naszym badaniu chemii, powinieneś mieć świadomość, że jest to bardzo uproszczone podejście, które nie uwzględnia wielu interesujących WYJĄTKÓW. Odcienie szarości istnieją między związkami jonowymi i molekularnymi, a o nich dowiesz się później.,
przykład 5: Przewidywanie rodzaju wiązania w związkach
Przewidywanie, czy następujące związki są jonowe lub cząsteczkowe:
- KI, związek stosowany jako źródło jodu w soli kuchennej
- H2O2, wybielacz i środek dezynfekujący nadtlenek wodoru
- CHCl3, chloroform znieczulający
- Li2CO3, źródło litu w antydepresantach