i vanliga kemiska reaktioner förblir kärnan i varje atom (och därmed elementets identitet) kvar oförändrat., Elektroner kan emellertid tillsättas till atomer genom överföring från andra atomer, förlorade genom överföring till andra atomer eller delade med andra atomer. Överföringen och delningen av elektroner bland atomer styr elementets Kemi. Under bildandet av vissa föreningar får atomer eller förlorar elektroner och bildar elektriskt laddade partiklar som kallas joner (Figur 1).

Du kan använda det periodiska systemet för att förutsäga om en atom kommer att bilda en anjon eller en katjon, och du kan ofta förutsäga laddningen av den resulterande Jonen., Atomer av många huvudgrupp metaller förlorar tillräckligt med elektroner för att lämna dem med samma antal elektroner som en atom av föregående ädelgas. För att illustrera, förlorar en atom av en alkalimetall (Grupp 1) en elektron och bildar en katjon med en 1+ laddning; en alkalisk jordmetall (Grupp 2) förlorar två elektroner och bildar en katjon med en 2+ laddning och så vidare. Till exempel förlorar en neutral kalciumatom, med 20 protoner och 20 elektroner, lätt två elektroner. Detta resulterar i en katjon med 20 protoner, 18 elektroner och en 2+ laddning., Den har samma antal elektroner som atomer av föregående ädelgas, argon, och symboliseras \text{Ca}^{2+}. Namnet på en metalljon är detsamma som namnet på den metallatom från vilken den bildas, så \text{Ca}^{2+} kallas en kalciumjon.

när atomer av icke-metala element bildar joner, får de i allmänhet tillräckligt med elektroner för att ge dem samma antal elektroner som en atom i nästa ädelgas i det periodiska bordet. Atomer i Grupp 17 får en elektron och bildar anjoner med en 1− laddning; atomer i Grupp 16 får två elektroner och bildar joner med en 2− laddning och så vidare., Till exempel kan den neutrala bromatomen, med 35 protoner och 35 elektroner, få en elektron för att ge den 36 elektroner. Detta resulterar i en anjon med 35 protoner, 36 elektroner och en 1− laddning. Den har samma antal elektroner som atomer av nästa ädelgas, krypton och symboliseras \text{Br}^{-}. (En diskussion om teorin som stöder den gynnade statusen för ädelgaselektrontal som återspeglas i dessa prediktiva regler för jonbildning tillhandahålls i en senare modul i denna text.,)

notera användbarheten av det periodiska systemet för att förutsäga sannolikt jonbildning och laddning (Figur 2). Flytta från längst till vänster till höger på det periodiska bordet tenderar huvudgruppselement att bilda katjoner med en avgift som är lika med gruppnumret. Det vill säga Grupp 1 element bildar 1 + joner; Grupp 2 element bildar 2 + joner, och så vidare. Flytta från längst till höger till vänster på det periodiska bordet bildar element ofta anjoner med en negativ laddning som motsvarar antalet grupper som flyttas vänster från ädelgaserna., Till exempel bildar Grupp 17 element (en grupp kvar av ädelgaserna) 1− joner; grupp 16 element (två grupper kvar) bildar 2− joner och så vidare. Denna trend kan användas som en guide i många fall, men dess prediktiva värde minskar när man rör sig mot mitten av det periodiska bordet. I själva verket uppvisar övergångsmetaller och vissa andra metaller ofta rörliga avgifter som inte är förutsägbara av deras plats i tabellen. Till exempel kan koppar bilda joner med en 1+ eller 2 + laddning, och järn kan bilda joner med en 2+ eller 3+ laddning.

Figur 2., Vissa element uppvisar ett vanligt mönster av jonladdning när de bildar joner.

de joner som vi hittills har diskuterat kallas monatomiska joner, det vill säga de är joner som bildas av endast en atom. Vi hittar också många polyatomiska joner. Dessa joner, som fungerar som diskreta enheter, är elektriskt laddade molekyler (en grupp bundna atomer med en övergripande laddning)., Några av de viktigare polyatomiska jonerna listas i Tabell 1. Oxyanions är polyatomiska joner som innehåller en eller flera syreatomer. Vid denna tidpunkt i din studie av kemi bör du memorera namn, formler och laddningar av de vanligaste polyatomiska jonerna. Eftersom du kommer att använda dem upprepade gånger kommer de snart att bli bekanta.

naturen hos de attraktiva krafter som håller atomer eller joner samman i en förening är grunden för klassificering av kemisk bindning. När elektroner överförs och joner bildas resulterar jonbindningar., Jonbindningar är elektrostatiska attraktionskrafter, det vill säga de attraktiva krafterna som upplevs mellan föremål av motsatt elektrisk laddning (i detta fall katjoner och anjoner). När elektroner är ”delade” och molekyler bildar, resulterar kovalenta bindningar. Kovalenta bindningar är de attraktiva krafterna mellan de positivt laddade kärnorna hos de bundna atomerna och ett eller flera par elektroner som ligger mellan atomerna. Föreningar klassificeras som joniska eller molekylära (kovalenta) på grundval av de bindningar som finns i dem.,

joniska föreningar

När ett element som består av atomer som lätt förlorar elektroner (en metall) reagerar med ett element som består av atomer som lätt får elektroner (en nonmetal), sker en överföring av elektroner vanligtvis och producerar joner. Föreningen som bildas av denna överföring stabiliseras av de elektrostatiska attraktionerna (jonbindningar) mellan jonerna av motsatt laddning närvarande i föreningen., Till exempel, när varje natriumatom i ett prov av natriummetall (Grupp 1) ger upp en elektron för att bilda en natriumkatjon, Na+, och varje kloratom i ett prov av klorgas (Grupp 17) accepterar en elektron för att bilda en kloridanjon, Cl−, den resulterande föreningen, NaCl, består av natriumjoner och kloridjoner i förhållandet mellan en Na+ Jon för varje Cl− Jon. På samma sätt kan varje kalciumatom (Grupp 2) ge upp två elektroner och överföra en till var och en av två kloratomer för att bilda CaCl2, som består av Ca2+ och Cl− joner i förhållandet mellan en Ca2+ Jon och två Cl− joner.,

en förening som innehåller joner och hålls samman av jonbindningar kallas en jonisk förening. Det periodiska systemet kan hjälpa oss att känna igen många av de föreningar som är joniska: när en metall kombineras med en eller flera nonmetals är föreningen vanligtvis jonisk. Denna riktlinje fungerar bra för att förutsäga jonföreningsbildning för de flesta föreningarna som vanligtvis förekommer i en inledande kemi kurs. Det är dock inte alltid sant (till exempel aluminiumklorid, AlCl3, är inte jonisk).

Du kan ofta känna igen joniska föreningar på grund av deras egenskaper., Jonföreningar är fasta ämnen som vanligtvis smälter vid höga temperaturer och kokar vid ännu högre temperaturer. Till exempel smälter natriumklorid vid 801 ° C och kokar vid 1413 ° C. (Som jämförelse smälter det molekylära föreningsvattnet vid 0 ° C och kokar vid 100 °C.) I fast form är en jonisk förening inte elektriskt ledande eftersom dess joner inte kan strömma (”elektricitet” är flödet av laddade partiklar). När smält kan det emellertid leda elektricitet eftersom dess joner kan röra sig fritt genom vätskan (Figur 3).

Figur 3., Natriumklorid smälter vid 801 ° C och leder elektricitet när den är smält. (credit: modification of work by Mark Blaser and Matt Evans)

i varje jonisk förening motsvarar det totala antalet positiva laddningar av katjoner det totala antalet negativa laddningar av anjonerna. Således är joniska föreningar elektriskt neutrala övergripande, även om de innehåller positiva och negativa joner. Vi kan använda denna observation för att hjälpa oss att skriva formeln för en jonisk förening. Formeln för en jonisk förening måste ha ett förhållande av joner så att antalet positiva och negativa laddningar är lika.,

exempel 3: förutsäga formeln för en jonisk förening

ädelstenen safir (Figur 4) är mestadels en förening av aluminium och syre som innehåller aluminiumkatjoner, Al3+ och syreanjoner, O2−. Vad är formeln för denna förening?

Figur 4. Även ren aluminiumoxid är färglös, spårmängder av järn och Titan ger blå safir dess karakteristiska färg., (credit: modification of work by Stanislav Doronenko)

Visa lösning

eftersom jonföreningen måste vara elektriskt neutral måste den ha samma antal positiva och negativa laddningar. Två aluminiumjoner, var och en med en laddning av 3+, skulle ge oss sex positiva laddningar, och tre oxidjoner, var och en med en laddning av 2−, skulle ge oss Sex negativa laddningar. Formeln skulle vara Al2O3.,

kontrollera ditt lärande

förutse formeln för den joniska föreningen som bildas mellan natriumkatjonen, Na+ och sulfidanjonen, S2−.

Visa lösning

Na2S

molekylära föreningar

många föreningar innehåller inte joner utan består enbart av diskreta, neutrala molekyler. Dessa molekylära föreningar (kovalenta föreningar) resulterar när atomer delar, snarare än överföring (vinst eller förlust), elektroner. Kovalent bindning är ett viktigt och omfattande begrepp inom kemi, och det kommer att behandlas i detalj i en senare modul i denna text. Vi kan ofta identifiera molekylära föreningar på grundval av deras fysikaliska egenskaper., Under normala förhållanden finns molekylära föreningar ofta som gaser, lågkokande vätskor och lågsmältande fasta ämnen, även om många viktiga undantag finns.

medan joniska föreningar vanligtvis bildas när en metall och en icke-metallkombination bildas kovalenta föreningar vanligen genom en kombination av nonmetals. Således kan det periodiska systemet hjälpa oss att känna igen många av de föreningar som är kovalenta., Även om vi kan använda positionerna för en förening element i periodiska systemet för att förutsäga om det är jonisk eller kovalent vid denna tidpunkt i vår studie av kemi, bör du vara medveten om att detta är en mycket förenklad strategi som inte står för ett antal intressanta undantag. Nyanser av grått finns mellan joniska och molekylära föreningar, och du lär dig mer om dem senare.,