Chimie pentru Majors

Învățării

  • Defini ionice și moleculare (covalente) compuși
  • Prezice tipul de compus format din elemente în funcție de locația lor în tabelul periodic
  • Determina formulele de simplu compuși ionici

În obișnuite reacții chimice, nucleul fiecarui atom (și, astfel, identitatea element) rămâne neschimbată., Cu toate acestea, electronii pot fi adăugați la atomi prin transfer de la alți atomi, pierduți prin transfer la alți atomi sau împărțiți cu alți atomi. Transferul și împărțirea electronilor între atomi guvernează chimia elementelor. În timpul formării unor compuși, atomii câștigă sau pierd electroni și formează particule încărcate electric numite ioni (Figura 1).puteți utiliza tabelul periodic pentru a prezice dacă un atom va forma un anion sau un cation și puteți prezice adesea încărcarea ionului rezultat., Atomii multor metale din grupa principală pierd suficienți electroni pentru a le lăsa cu același număr de electroni ca un atom al gazului nobil precedent. Pentru a ilustra, un atom al unui metal alcalin (grupul 1) a pierde un electron și formează un cation cu o 1+ taxe; o alcalino-metal (grup 2) pierde doi electroni și formează un cation cu o 2+ charge, și așa mai departe. De exemplu, un atom de calciu neutru, cu 20 de protoni și 20 de electroni, pierde ușor doi electroni. Aceasta are ca rezultat un cation cu 20 de protoni, 18 electroni și o sarcină 2+., Are același număr de electroni ca și atomii gazului nobil precedent, argon ,și este simbolizat \ text{ca}^{2+}. Numele unui ion metalic este același cu numele atomului metalic din care se formează, deci \text{ca}^{2+} se numește ion de calciu.când atomii elementelor nemetale formează ioni, ei câștigă în general suficienți electroni pentru a le da același număr de electroni ca un atom al următorului gaz nobil din tabelul periodic. Atomii din grupa 17 câștigă un electron și formează anioni cu o sarcină 1; atomii din grupa 16 câștigă doi electroni și formează ioni cu o sarcină 2 și așa mai departe., De exemplu, atomul de brom neutru, cu 35 de protoni și 35 de electroni, poate obține un electron pentru a-i furniza 36 de electroni. Aceasta are ca rezultat un anion cu 35 de protoni, 36 de electroni și o sarcină 1. Are același număr de electroni ca și atomii următorului gaz nobil, krypton ,și este simbolizat \ text{Br}^{ -}. (O discuție a teoriei care susține statutul favorizat al numerelor de electroni de gaz nobil reflectată în aceste reguli predictive pentru formarea ionilor este furnizată într-un modul ulterior al acestui text.,)

notați utilitatea tabelului periodic în prezicerea formării și încărcării ionice probabile (Figura 2). Trecând de la extrema stângă la dreapta pe tabelul periodic, elementele grupului principal tind să formeze cationi cu o sarcină egală cu numărul grupului. Adică elementele din grupa 1 formează ioni 1+; elementele din grupa 2 formează ioni 2+ și așa mai departe. Trecând de la extrema dreaptă la stânga pe tabelul periodic, elementele formează adesea anioni cu o sarcină negativă egală cu numărul de grupuri mutate la stânga din gazele nobile., De exemplu, elementele grupului 17 (un grup rămas din gazele nobile) formează ioni 1; elementele grupului 16 (două grupuri rămase) formează ioni 2 și așa mai departe. Această tendință poate fi utilizată ca ghid în multe cazuri, dar valoarea sa predictivă scade atunci când se deplasează spre centrul tabelului periodic. De fapt, metalele de tranziție și alte metale prezintă adesea sarcini variabile care nu sunt previzibile prin amplasarea lor în tabel. De exemplu, cuprul poate forma ioni cu o încărcare de 1+ sau 2+, iar fierul poate forma ioni cu o încărcare de 2+ sau 3+.

Figura 2., Unele elemente prezintă un model regulat de încărcare Ionică atunci când formează ioni.Exemplul 1: Compoziția ionilor

un ion găsit în unii compuși folosiți ca antiperspiranți conține 13 protoni și 10 electroni. Care este simbolul său?

Show Soluție

Deoarece numărul de protoni rămâne neschimbat atunci când un atom formează un ion, numărul atomic al elementului trebuie să fie 13. Știind acest lucru ne permite să folosim tabelul periodic pentru a identifica elementul ca Al (aluminiu)., Atomul Al a pierdut trei electroni și are astfel trei sarcini pozitive (13) decât are electroni (10). Acesta este cationul de aluminiu, \ text{al}^{3+}.

verificați învățarea

dați simbolul și numele ionului cu 34 de protoni și 36 de electroni.

Show Soluție

\text{Se}^{2-}, de seleniură ion

Exemplul 2: Formarea de Ioni

Magneziu și azot reacționează pentru a forma un compus ionic. Preziceți care formează un anion, care formează un cation și încărcăturile fiecărui ion., Scrieți Simbolul pentru fiecare ion și numiți-le.

Show Soluție

Magneziu poziția în tabelul periodic (grupa 2) ne spune că este un metal. Metalele formează ioni pozitivi (cationi). Un atom de magneziu trebuie să piardă doi electroni pentru a avea același număr de electroni ca un atom al gazului nobil anterior, neon. Astfel, un atom de magneziu va forma un cation cu doi electroni mai puțini decât protonii și o sarcină de 2+. Simbolul ionului este Mg2+ și se numește ion de magneziu.,

poziția azotului în tabelul periodic (grupa 15) arată că este un nemetal. Nemetalele formează ioni negativi (anioni). Un atom de azot trebuie să câștige trei electroni pentru a avea același număr de electroni ca un atom al următorului gaz nobil, neon. Astfel, un atom de azot va forma un anion cu încă trei electroni decât protonii și o încărcătură de 3−. Simbolul ionului este N3-și se numește ion nitrură.

verificați învățarea

aluminiul și carbonul reacționează pentru a forma un compus ionic. Preziceți care formează un anion, care formează un cation și încărcăturile fiecărui ion., Scrieți Simbolul pentru fiecare ion și numiți-le.

Show Soluție

Al se va forma un cation cu o taxa de 3+: Al3+, un ion de aluminiu. Carbonul va forma un anion cu o încărcătură de 4−: C4 -, un ion de carbură.ionii despre care am discutat până acum se numesc ioni monatomici, adică sunt ioni formați dintr-un singur atom. De asemenea, găsim mulți ioni poliatomici. Acești ioni, care acționează ca unități discrete, sunt molecule încărcate electric (un grup de atomi legați cu o sarcină generală)., Unii dintre cei mai importanți ioni poliatomici sunt enumerați în tabelul 1. Oxianionii sunt ioni poliatomici care conțin unul sau mai mulți atomi de oxigen. În acest moment în studiul dvs. de chimie, ar trebui să memorați numele, formulele și încărcăturile celor mai comuni ioni poliatomici. Pentru că le veți folosi în mod repetat, în curând se vor familiariza.natura forțelor atractive care dețin atomi sau ioni împreună într-un compus este baza pentru clasificarea legăturii chimice. Când electronii sunt transferați și se formează ioni, rezultă legături ionice., Legăturile ionice sunt forțe electrostatice de atracție, adică forțele atractive experimentate între obiecte de sarcină electrică opusă (în acest caz, cationi și anioni). Când electronii sunt „împărțiți” și se formează molecule, rezultă legături covalente. Legăturile covalente sunt forțele atractive dintre nucleele încărcate pozitiv ale atomilor legați și una sau mai multe perechi de electroni care se află între atomi. Compușii sunt clasificați ca ionici sau moleculari (covalenți) pe baza legăturilor prezente în ele.,când un element compus din atomi care pierd cu ușurință electroni (un metal) reacționează cu un element compus din atomi care câștigă cu ușurință electroni (un nemetal), apare de obicei un transfer de electroni, producând ioni. Compusul format prin acest transfer este stabilizat de atracțiile electrostatice (legăturile ionice) dintre ionii de sarcină opusă prezenți în compus., De exemplu, atunci când fiecare atom de sodiu dintr− o probă de metal de sodiu (grupa 1) renunță la un electron pentru a forma un cation de sodiu, Na+ și fiecare atom de clor dintr− o probă de gaz de clor (grupa 17) acceptă un electron pentru a forma un anion de clorură, Cl -, compusul rezultat, NaCl, este compus din ioni de sodiu și ioni de clorură în raportul În mod similar, fiecare atom de calciu (Grupa 2) poate renunța la doi electroni și poate transfera unul la fiecare dintre cei doi atomi de clor pentru a forma CaCl2, care este compus din ioni de Ca2+ și Cl în raportul dintre un ion de Ca2+ și doi ioni de Cl.,un compus care conține ioni și este ținut împreună prin legături ionice se numește compus ionic. Tabelul periodic ne poate ajuta să recunoaștem mulți dintre compușii care sunt ionici: atunci când un metal este combinat cu unul sau mai multe nemetale, compusul este de obicei ionic. Acest ghid funcționează bine pentru a prezice formarea compusului ionic pentru majoritatea compușilor întâlniți în mod obișnuit într-un curs introductiv de chimie. Cu toate acestea, nu este întotdeauna adevărat (de exemplu, clorura de aluminiu, AlCl3, nu este Ionică).puteți recunoaște adesea compușii ionici datorită proprietăților lor., Compușii ionici sunt solide care se topesc de obicei la temperaturi ridicate și se fierb la temperaturi chiar mai ridicate. De exemplu, clorura de sodiu se topește la 801 °C și fierbe la 1413 °C. (Ca o comparație, apa compusului molecular se topește la 0 °C și se fierbe la 100 °C.) În formă solidă, Un compus ionic nu este conductiv electric, deoarece ionii săi nu pot curge („electricitatea” este fluxul de particule încărcate). Cu toate acestea, atunci când este topit, poate conduce electricitatea, deoarece ionii săi sunt capabili să se miște liber prin lichid (Figura 3).

Figura 3., Clorura de sodiu se topește la 801 °C și conduce electricitatea atunci când este topită. (credit: modificarea lucrărilor de Mark Blaser și Matt Evans)

urmăriți acest videoclip pentru a vedea un amestec de săruri topind și conducând electricitatea. (Rețineți că videoclipul nu are nicio narațiune. Puteți accesa descrierea audio folosind widgetul de sub videoclip.)

puteți vizualiza transcrierea pentru descrierea audio a „Conductivity molten salt” aici (se deschide în fereastră nouă).,în fiecare compus ionic, numărul total de sarcini pozitive ale cationilor este egal cu numărul total de sarcini negative ale anionilor. Astfel, compușii ionici sunt în general neutri din punct de vedere electric, chiar dacă conțin ioni pozitivi și negativi. Putem folosi această observație pentru a ne ajuta să scriem formula unui compus ionic. Formula unui compus ionic trebuie să aibă un raport de ioni astfel încât numărul de sarcini pozitive și negative să fie egal.,

Exemplul 3: prezicerea formulei unui compus Ionic

safirul de piatră prețioasă (Figura 4) este în mare parte un compus de aluminiu și oxigen care conține cationi de aluminiu, AL3+ și anioni de oxigen, O2−. Care este formula acestui compus?

Figura 4. Deși oxidul de aluminiu pur este incolor, urme de fier și titan conferă safirului albastru culoarea sa caracteristică., (credit: modificarea de muncă de către Stanislav Doronenko)

Show Soluție

Pentru a compusului ionic trebuie să fie neutru electric, trebuie să aibă același număr de sarcinile pozitive și cele negative. Doi ioni de aluminiu, fiecare cu o sarcină de 3+, Ne− ar da șase sarcini pozitive, iar trei ioni de oxid, fiecare cu o sarcină de 2 -, Ne-ar da șase sarcini negative. Formula ar fi Al2O3.,

verificați învățarea

preziceți formula compusului ionic format între cationul de sodiu, Na+ și anionul sulfurat, S2−.

Show Soluție

Na2S

Lipirea Ionice

forma legături Ionice între metale și nemetale.

puteți vizualiza transcrierea pentru „introducere în lipirea Ionică” aici (se deschide într-o fereastră nouă).

puteți vizualiza transcrierea pentru „Ionic Bonding Part 2” Aici (se deschide într-o fereastră nouă).,

compuși moleculari

mulți compuși nu conțin ioni, ci constau exclusiv din molecule discrete, neutre. Acești compuși moleculari (compuși covalenți) rezultă atunci când atomii împărtășesc, mai degrabă decât transferă (câștigă sau pierd), electroni. Legarea covalentă este un concept important și extins în chimie și va fi tratat în detaliu într-un modul ulterior al acestui text. Putem identifica adesea compuși moleculari pe baza proprietăților lor fizice., În condiții normale, compușii moleculari există adesea ca gaze, lichide cu fierbere scăzută și solide cu topire scăzută, deși există multe excepții importante.în timp ce compușii ionici se formează de obicei atunci când un metal și o combinație nemetală, compușii covalenți sunt de obicei formați dintr-o combinație de nemetale. Astfel, tabelul periodic ne poate ajuta să recunoaștem mulți dintre compușii covalenți., În timp ce putem folosi pozițiile elementelor unui compus în tabelul periodic pentru a prezice dacă este ionic sau covalent în acest moment al studiului nostru de chimie, ar trebui să fiți conștienți că aceasta este o abordare foarte simplistă care nu ține cont de o serie de excepții interesante. Nuanțele de gri există între compușii ionici și moleculari și veți afla mai multe despre aceștia mai târziu.,

Exemplul 5: Estimarea Tipului de îmbinare în Compuși

Prezice dacă următorii compuși sunt ionice sau moleculare:

  1. KI, compus folosit ca o sursă de iod în sare de masă
  2. H2O2, inalbitor si dezinfectant peroxid de hidrogen
  3. CHCl3, cloroform anestezic
  4. Li2CO3, o sursă de litiu în antidepresive
Show Soluție

  1. de Potasiu (grupul 1) este un metal, și iod (grupa 17) este un nemetal; KI este prezis de a fi ionic.,
  2. hidrogenul (grupa 1) este un nemetal, iar oxigenul (grupa 16) este un nemetal; H2O2 este prezis a fi molecular.
  3. Carbon (grupa 14) este un metaloid, hidrogen (grupa 1) este un metaloid, și clor (grupa 17) este un metaloid; CHCl3 este prezis a fi molecular.
  4. litiul (grupa 1a) este un metal, iar carbonatul este un ion poliatomic; Li2CO3 este prezis a fi ionic.,

    Verifica procesul de Învățare

    Folosind tabelul periodic, prezice dacă următorii compuși sunt ionice sau covalente:

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

    1. moleculară
    2. ionic
    3. moleculară
    4. ionic

Concepte-Cheie și Rezumatul

Metale (în special a celor din grupurile 1 și 2) tind să-și piardă numărul de electroni pe care le-ar lăsa cu același număr de electroni ca și în precedent gaz nobil în tabelul periodic., Prin aceasta se formează un ion încărcat pozitiv. În mod similar, nemetalele (în special cele din grupele 16 și 17 și, într-o măsură mai mică, cele din grupa 15) pot obține numărul de electroni necesari pentru a furniza atomilor același număr de electroni ca în următorul gaz nobil din tabelul periodic. Astfel, nemetalele tind să formeze ioni negativi. Ionii încărcați pozitiv se numesc cationi, iar ionii încărcați negativ se numesc anioni. Ionii pot fi monatomici (conținând doar un atom) sau poliatomici (conținând mai mult de un atom).compușii care conțin ioni se numesc compuși ionici., Compușii ionici se formează în general din metale și nemetale. Compușii care nu conțin ioni, ci constau în schimb din atomi legați strâns împreună în molecule (grupuri neîncărcate de atomi care se comportă ca o singură unitate), se numesc compuși covalenți. Compușii covalenți se formează de obicei din două nemetale., atomii a două sau mai multe elemente diferite,

ionic bond: forțe electrostatice de atracție între încărcate opus ionilor unui compus ionic

ionice: compus format din cationi și anioni combinate în rapoarte, obținându-se un neutru electric substanță

compus molecular: (de asemenea, compus covalent) compus din molecule formate de atomii de două sau mai multe elemente diferite,

monatomic ion: ion compus dintr-un singur atom

oxyanion: polyatomic anioni compus dintr-un atom central legați la atomi de oxigen

polyatomic ion: ion compus din mai mult de un atom

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *