Κύριο περιεχόμενο

Μάθημα: Βιβλιοθήκη χημείας > Ενότητα 1

Μάθημα 3: Ονομασίες και τύποι ιονικών ενώσεων

Πολυατομικά ιόντα

Πώς να ονομάσετε ιοντικές ενώσεις που περιέχουν κοινά πολυατομικά ιόντα

Στο άρθρο αυτό, θα συζητήσουμε τα πολυατομικά ιόντα. Το πρόθεμα πόλυ- σημαίνει πολλά, έτσι ένα πολυατομικό ιόν είναι ένα ιόν που περιέχει περισσότερα από ένα άτομα. Αυτο διαφοροποιεί τα πολυατομικά ιόντα από τα μονοατομικά ιόντα , που περιέχουν μόνο ένα άτομο. Παραδείγματα μονοατομικών ατόμων περιλαμβάνουν

{Na}^{+}

{Fe}^{3 +}

{Cl}^{-}

, και πολλά, πολλά άλλα. Αυτό το άρθορο έχει σαν προυπόθεση την γνώση των βασικών μονοατομικών ιόντων όπως επίσης και τους κανόνες ονοματολογίας ιοντικών ενώσεων και την γραφή χημικών τύπων.

Για μια ανασκόπηση σε αυτά τα θέματα, ανατρέξτε στο άρθρο σχετικά με τα μονοατομικά ιόντα και τις ιοντικές ενώσεις.

Δομή των πολυατομικών ιόντων

Μπορούμε να σκεφτούμε τα πολυατομικά ιόντα συγκρίνοντάς τα με τα μονοατομικά ιόντα. Ένα μονοατομικό ιόν είναι ένα άτομο που έχει ιονιστεί κερδίζοντας ή χάνοντας ηλεκτρόνια. Το ιόν έχει καθαρό φορτίο επειδή ο συνολικός αριθμός των ηλεκτρονίων δεν ισούται με τον συνολικό αριθμό των πρωτονίων στον πυρήνα. Έτσι, σε σύγκριση με το ουδέτερο άτομο, έχουμε επιπλέον ηλεκτρόνια-στην περίπτωση ενός αρνητικά φορτισμένου ανιόντος-ή όχι αρκετά ηλεκτρόνια-στην περίπτωση ενός θετικά φορτισμένου κατιόντος. Για παράδειγμα, ένα ουδέτερου άτομο χλωρίου έχει ατομικό αριθμό 17, πράγμα που σημαίνει ότι έχει 17 πρωτόνια και 17 ηλεκτρόνια. Το ουδέτερο άτομο μερικές φορές θα κερδίσει ένα επιπλέον ηλεκτρόνιο για να γίνει το ανιόν χλωριούχου,

{Cl}^{-}

Cl + e^{-} \to {Cl}^{-}

17 ηλεκτρόνια 18 ηλεκτρόνια

17 πρωτόνια 17 πρωτόνια

Μετά την απόκτηση ενός ηλεκτρονίου, το ανιόν χλωρίου έχει 17 πρωτόνια και 19 ηλεκτρόνια. Αφού έχει ένα παραπάνω ηλεκτρόνιο σσε σχέση με τα πρωτόνια, το ιόν έχει καθαρό φορτίο 1-.

Ομοίως, μπορούμε να σκεφτούμε ένα πολυατομικό ιόν ως ένα μόριο που έχει ιοντιστεί κερδίζονταςή χάνοντας ηλεκτρόνια. Σε ένα πολυατομικό ιόν, η ομάδα των ατόμων με ομοιπολικούς δεσμούς έχει ένα καθαρό φορτίο επειδή ο συνολικός αριθμός ηλεκτρονίων στο μόριο δεν είναι ίσος με τον αριθμό πρωτονίων στο μόριο. Όταν σχεδιάζουμε δομές Lewis, το συνολικό φορτίο στο πολυατομικό ιόν ισούται με το άθροισμα των φορτίων σε κάθε άτομο του ιόντος.

Το τυπικό φορτίο είναι μια έννοια που οι χημικοί χρησιμοποιούν για να γράψουν την πιο πιθανή ή πιο σταθερή δομή Lewis. Το τυπικό φορτίο είναι ένα τοπικό φορτίο σε ένα άτομο μέσα σε ένα μόριο ή πολυατομικό ιόν.

Για περισσότερα σχετικά με τη χρήση τυπικών φορτίων, δείτε το βίντεο μας για τα τυπικά φορτία και τις δομές Lewis .

Η δομή Lewis για το ιόν υδροξειδίου. Τελείες γύρω από το $O$ ‍ υποδηλώνουν τρία ζεύγη από ηλεκτρόνια, και η γραμμή μεταξύ $H$ ‍ και $O$ ‍ αναπαριστά τον ομοιπολικό δεσμό που περιέχει δυο ηλεκτρόνια που συνεισφέρονται αμοιβαία. Το συνολικό φορτίο του πολυατομικού ιόντος είναι 1-, που υποδηλώνεται πάνω δεξιά και έξω από τις αγκύλες. Εικόνα: Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

Για παράδειγμα, ας εξετάσουμε το πολυατομικό ιόν

{OH}^{-}

, το οποίο είναι γνωστό ως υδροξείδιο. Στα αριστερά βλέπουμε την δομή Lewis του ιόντος υδροξειδίου και περιέχει ένα άτομο οξυγόνου και ένα άτομο υδρογόνου. Η ενιαία γραμμή μεταξύ τους αντιπροσωπεύει τον ομοιοπολικό δεσμό, που περιέχει δύο ηλεκτρόνια που μοιράζονται μεταξύ

H

και

O

. Οι τελείες γύρω από

O

αντιπροσωπεύουν μοναχικά ζεύγη ηλεκτρόνια. Στο υδροξείδιο, το οξυγόνο έχει τρία ζεύγη ηλεκτρονίων, που κάνει έξι ηλεκτρόνια σε ζεύγη συνολικά.

Το καθαρό φορτίο στο ιόν υδροξειδίου υποδεικνύεται με την τοποθέτηση ολόκληρης της δομής Lewis μέσα σε αγκύλες με το φορτίο επάνω δεξιά. Βλέπουμε ότι το υδροξείδιο έχει 1- φορτίο, που σημαίνει ότι το ιόν έχει ένα περισσότερο ηλεκτρόνιο από ότι υπάρχουν πρωτόνια στους πυρήνες του ατόμου υδρογόνου και του ατόμου οξυγόνου.

Έλεγχος έννοιας: Πόσα πρωτόνια και ηλεκτρόνια βρίσκονται σε ένα ιόν υδροξειδίου;

Μπορούμε να υπολογίσουμε το συνολικό αριθμό πρωτονίων σε ιόν υδροξειδίου προσθέτοντας τον αριθμό πρωτονίων σε ένα άτομο υδρογόνου και ένα άτομο οξυγόνου:

\begin{aligned} Συνολικά# πρωτόνια & = πρωτόνια στο H + πρωτόνια στο O \\ = 1 πρωτόνιο + 8 πρωτόνια \\ = 9 πρωτόνια \end{aligned}

Σε ένα ουδέτερο μόριο, ο αριθμός των πρωτονίων ισούται με τον αριθμό των ηλεκτρονίων. Δεδομένου ότι το υδροξείδιο έχει καθαρό φορτίο -1 , γνωρίζουμε ότι πρέπει να υπάρχει ένα επιπλέον ηλεκτρόνιο συνολικά σε σύγκριση με τον αριθμό των πρωτονίων.

Ως εκ τούτου, το ιόν υδροξειδίου του έχει εννέα πρωτόνια και δέκα ηλεκτρόνια.

Συνήθη πολυατομικά ιόντα

Τα πολυατομικά ιόντα είναι παντού! Τα όξινα ανθρακικά ιόντα,

{HCO}_{3}^{-}

, βοηθούν στη διατήρηση του επιπέδου pH του αίματός μας, ενώ τα φωσφορικά,

{PO}_{4}^{3 -}

, είναι εξαιρετικά σημαντικές σε διάφορες μεταβολικές διεργασίες. Να είμαστε εξοικειωμένοι με τα ονόματα, τα φορτία και τους τύπους των πιο συνηθισμένων πολυατομικών ιόντων θα είναι χρήσιμο για την αναγνώριση ιοντικών ενώσεων και την πρόβλεψη της δραστικότητάς τους. Στον ακόλουθο πίνακα παρατίθενται μερικά από τα κοινά πολυατομικά ιόντα.

\begin{array}{cccc} Χημικό Τύπος & Όνομα & Χημικός Τύπος & Όνομα \\ {Hg}_{2}^{2 +} & Υδραργυρος(I) & {SCN}^{-} & Θειοκυνιούχο \\ {NH}_{4}^{+} & Αμμώνιο & {CO}_{3}^{2 -} & Ανθρακικό \\ {NO}_{2}^{-} & Νιτρώδες & {HCO}_{3}^{-} & Όξινο ανθρακικό (διττανθρακικό*) \\ {NO}_{3}^{-} & Νιτρικό & {ClO}^{-} & Υποχλωριώδες \\ {SO}_{3}^{2 -} & Θειώδες & {ClO}_{2}^{-} & Χλωριώδες \\ {SO}_{4}^{2 -} & Θεϊκό & {ClO}_{3}^{-} & Χλωρικό \\ {HSO}_{4}^{-} & Όξινο Θεϊκό (διθειικό *) & {ClO}_{4}^{-} & Υπερχλωρικό \\ {OH}^{-} & Υδροξύλιο & C_{2} H_{3} O_{2}^{-} ({or CH}_{3} {COO}^{-}) & Οξικό \\ {CN}^{-} & Κυανιούχο & {MnO}_{4}^{-} & Υπερμαγγανικό \\ {PO}_{4}^{3 -} & Φωσφορικό & {Cr}_{2} O_{7}^{2 -} & Διχρωμικό \\ {HPO}_{4}^{2 -} & Όξινο φωσφορικό & {CrO}_{4}^{2 -} & Χρωμικό \\ H_{2} {PO}_{4}^{-} & Δισόξινο φωσφορικό & O_{2}^{2 -} & Υπεροξυγονούχο \\ C_{2} O_{4}^{2 -} & Οξαλικό \end{array}

* Ένα ανεπίσημο αλλά κοινά χρησιμοποιούμενο όνομα.

Θα αναφερόμαστε στα πολυατομικά ιόντα σε αυτόν τον πίνακα για το υπόλοιπο του άρθρου!

Γνωρίζουμε ότι αυτός είναι ένας μακρύς κατάλογος ιόντων, αλλά υπάρχουν στην πραγματικότητα μοτίβα για το πως αυτά τα πολυατομικά ιόντα ονομάζονται. Η εκμάθηση αυτών των προτύπων θα είναι πολύ πιο χρήσιμη για να θυμόμαστε τα ιόντα από το να προσπαθείτε απλά να τα απομνημονεύσετε όλα.

Δείτε το βίντεό μας σε κοινά μοτίβα ονομασίας για τα πολυατομικά ιόντα για να μάθετε για τα διαφορετικά επιθήματα και προθέματα!

Όνόματα και χημικοί τύποι ενώσεων που περιέχουν πολυατομικά ιόντα

Τώρα που έχουμε μια σημείο αναφοράς για πολλά από τα κοινά πολυατομικά ιόντα, ας δούμε πώς να ονομάσουμε και να γράψουμε τις χημικές ενώσεις τα περιέχουν. Υπάρχουν δύο βασικά πράγματα που πρέπει να έχουμε υπόψη:

Εάν μια ένωση περιέχει περισσότερα από ένα πολυατομικά ιόντα του ίδιου τύπου, πρέπει να τοποθετήσουμε παρενθέσεις γύρω από τον τύπο του ιόντος πριν χρησιμοποιήσουμε δείκτη για να υποδείξουμε πόσα ιόντα αυτού του τύπου είναι στην ένωση.
Το συνολικό φορτίο για την ιοντική ένωση πρέπει να είναι ουδέτερο, που σημαίνει ότι το άθροισμα των φορτίων από τα κατιόντα και ανιόντα θα πρέπει να έχει άθροισμα μηδέν. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτόν τον κανόνα για να καταλάβουμε τον τύπο μιας ιοντικής ένωσης, όταν γνωρίζουμε το φορτίο για το ανιόν και το κατιόν. Ο κανόνας αυτός μπορεί επίσης να είναι χρήσιμος για την εξαγωγή του φορτίου ιόντος όταν είναι γνωστός ο χημικός τύπος για την ιοντική ένωση. ‍

Ας δούμε μερικά παραδείγματα.

Παράδειγμα 1: Εύρεση του χημικού τύπου από το όνομα της ένωσης

Ποιος είναι ο χημικός τύπος για το υδροξείδιο ασβεστίου;

Το ασβέστιο είναι ένα μέταλλο αλκαλική γαία της Ομάδας 2 στον περιοδικό πίνακα, έτσι σχηματίζει ιόντα με 2+ φορτίο. Από τον πίνακα μας, γνωρίζουμε ότι το υδροξείδιο έχει τον τύπο

{OH}^{-}

και ότι φέρει 1- φορτίο. Θα χρειαστούμε δύο ιόντα υδροξειδίου για να εξουδετερώσουμε ακριβώς το 2+ φορτίο για το

{Ca}^{2 +}

. Όταν γράφουμε τον τύπο, συμπεριλαμβάνουμε παρένθεση γύρω στα

OH

που ακολουθείται από δείκτη 2, για να καταστήσετε σαφές ότι υπάρχουν δύο ιόντα υδροξειδίου για κάθε

{Ca}^{2 +}

cation. Έτσι, ο χημικό τύπος για την ένωση είναι ${Ca(OH)}_{2}$ ‍.

Έλεγχος έννοιας: Γιατί το ${CaOH}_{2}$ ‍ είναι λάθος χημικός τύπος για το υδροξείδιο του ασβεστίου;

Ο τύπος

{CaOH}_{2}

δείχνει κατιόν ασβεστίου συνδεδεμένο με ένα

O

άτομο και δύο

H

άτομα. Ωστόσο, αυτό δεν συμβαίνει με το υδροξείδιο του ασβεστίου! Οι παρενθέσεις είναι απαραίτητες επειδή το υδροξείδιο του ασβεστίου,

{OH}^{-}

, είναι ένα πολυατομικό ιόντο. Βοηθά να σκεφτούμε τα πολυατομικά ιόντα ως ξεχωριστές δομικές μονάδες εντός των ιοντκών ενώσεων

-

δεν μπορείτε να τα χωρίσετε.

Αυτό που πρέπει να μας μείνει είναι το εξής: εάν μια ιοντική ένωση περιέχει περισσότερα από ένα πολυατομικά ιόντα του ίδιου τύπου, φροντίστε να χρησιμοποιήσετε παρένθεση για να το υποδείξετε αυτό στο χημικό τύπο σας!

Παράδειγμα 2: Ονομάζονταας ιοντικές ενώσεις που περιέχουν πολυατομικά ιόντα

Ποιο είναι το όνομα της ένωσης με χημικό τύπο ${Ni}_{3} ({PO}_{4})_{2}$ ‍;

Κατά την ονομασία ιοντικών ενώσεων, βοηθά να χωρίσουμε πρώτα τον τύπο στο κατιόντο(α) και το(τα) ανιόντα(α). Σε αυτή την ένωση, το κατιόν βασίζεται στο νικέλιο. Το νικέλιο είναι ένα μέταλλο μετάπτωσης που μπορεί να σχηματίσει πολλαπλά είδη κατιόντων με διαφορετικά φορτία. Αυτό σημαίνει ότι θα πρέπει να υπολογίσουμε το φορτίο στο ιόν νικελίου σε αυτή τη συγκεκριμένη ένωση, έτσι ώστε να μπορούμε να το καθορίσουμε κατά την ονομασία της ιονικής ένωσης! Ευτυχώς, γνωρίζουμε το φορτίο για το ανιόν: το φωσφορικό ιόν είναι ένα πολυατομικό ιόν που έχει πάντα ένα φορτίο 3-. Δεδομένου ότι το συνολικό φορτίο για μια ιονική ένωση είναι μηδέν, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το χημικό τύπο και το φορτίο του φωσφορικού ιόντος για να υπολογίσουμε το φορτίο στο ιόν νικελίου:

$Καθαρό φορτίο = 0 = (# κατιόντα \times φορτίο κατιόντος) + (# ανιόντα \times φορτίο ανιόντος)$ ‍

Αν αναδιατάξουμε την εξίσωση, βλέπουμε ότι το άθροισμα των φορτίων από τα κατιόντα πρέπει να είναι ίσο με

- 1

επί το άθροισμα των φορτίων από τα ανιόντα.

$# κατιόντα \times φορτίο κατιόντος = - 1 \times (# ανιόντα \times φορτίο ανιόντος)$ ‍

Μπορούμε να βάλουμε τις γνωστές τιμές για τον αριθμό των κατιόντων και ανιόντων-από τον χημικό τύπο- και το φορτίο του ανιόντος, στη συνέχεια να λύσουμε ως προς το φορτίο για το νικέλιο:

$\begin{aligned} 3 \times φορτίο κατιόντος & = - 1 \times (2 \times 3 -) = 6 + \\ φορτίο κατιόντος & = \frac{6 +}{3} = 2 + \end{aligned}$ ‍

Τώρα γνωρίζουμε ότι το κατιόν στην ένωση μας είναι νικέλιο(II). Για να ονομάσουμε ολόκληρη την ένωση, ξεκινάμε με το όνομα του ανιόντος με το φορτίο που περιλαμβάνεται σε παρενθέσεις χρησιμοποιώντας λατινικούς αριθμούς, ακολουθούμενο από το φορτίο του κατιόντος .

Άρα, το όνομα της ένωσης είναι φωσφορικό νικέλιο (ΙΙ).

Παράδειγμα 3: Διαχωρισμός μιας ιοντικής ένωσης σε ιόντα

Ποια είναι τα συστατικά ιόντα στην ιοντική ένωση ${Ca(MnO}_{4})_{2}$ ‍;

Προσδιορίστε τον τύπο, το φορτίο και τον αριθμό κάθε ιόντος.

Κατά την ανάλυση του χημικού τύπου μιας ιοντικής ένωσης, αναζητήσουμε πρώτα τους τύπους των γνωστών ιόντων. Σε αυτή την περίπτωση, παρατηρούμε ότι

{MnO}_{4}^{-}

, υπερμαγγανικό ιόν, είναι ένα από τα πολυατομικά ιόντα που αναφέρονται στον παραπάνω πίνακα. Σε αυτή την ένωση, βλέπουμε ότι έχουμε δύο ιόντα υπερμαγγανικού.

Οι παρενθέσεις γύρω από τον τύπο

{MnO}_{4}

δείχνουν ότι τα πάντα μέσα στις παρενθέσεις είναι μέρος μιας διακριτής μονάδας και ότι η ένωση περιέχει περισσότερα από ένα πολυατομικά ιόντα αυτού του τύπου. Ο δείκτης μετά τις παρενθέσεις, 2, δείχνει ότι υπάρχουν δύο υπερμαγγανικά ιόντα.

Επειδή το υπερμαγγανικό έχει φορτίο 1- , αυτό σημαίνει ότι συνεισφέρει ένα καθαρό φορτίο

2 \times (1

-) = 2

-

στην ιοντική ένωση. Υπενθυμίζεται ότι σε όλες τις ιοντικές ενώσεις, το καθαρό φορτίο της ένωσης πρέπει να είναι μηδέν. Επομένως, το ασβέστιο πρέπει να είναι έχει ως κατιόν

{Ca}^{2 +}

για να εξισορροπήσει το καθαρό φορτίο 2- από τα δυο ιόντα

{MnO}_{4}^{-}

Για να ελέγξουμε το σκεπτικό μας, μπορούμε να ρωτήσουμε τον εαυτό μας, "Το ασβέστιο συνήθως σχηματίζουν κατιόντα με 2+ φορτίο; Επειδή το

Ca

είναι ένα μέταλλο της 2ης κύριας ομάδας, συνήθως θα χάσει δύο ηλεκτρόνια για να σχηματίσει 2+ κατιόνια. Έτσι, η απάντησή μας είναι συνεπής με τις γνώσεις μας για τη χημική δραστικότητα, ναι!

Άρα, η ιοντική ένωση

{Ca(MnO}_{4})_{2}

περιέχει ένα κατιόν

{Ca}^{2 +}

και δύο ανιόντα

{MnO}_{4}^{-}

Είναι συχνά χρήσιμο να είμαστε σε θέση να χωρίσουμε μια ιοντική ένωση στα ιόντα που τη αποτελούν. Ένα παράδειγμα μιας τέτοιας κατάστασης είναι όταν μια ιοντική ένωση διαλύεται στο νερό για μια αντίδραση. Πολλές ιοντικές ενώσεις είναι υδατοδιαλυτές και τα ιόντα που την αποτελούν διαχωρίζονται όταν βρίσκονται σε διάλυμα. Τα διαλυμένα ιόντα μπορούν στη συνέχεια να αποχωρήσουν και να συμμετάσχουν στη δική τους χημεία ανεξάρτητα από τα άλλα ιόντα στην αρχική ιοντική ένωση.

Συμπέρασμα

Όπως ακριβώς σχηματίζονται ιόντα όταν τα ουδέτερα άτομα παίρνουν ή χάνουν ηλεκτρόνια, ένα πολυατομικό ιόν σχηματίζεται όταν ένα ουδέτερο μόριο κερδίζει ή χάνει ηλεκτρόνια. Επομένως, ένα πολυατομικό ιόν είναι μια ομάδα ομοιοπολικά συνδεδεμένων ατόμων που φέρει ένα καθαρό φορτίο λόγω του γεγονότος ότι ο συνολικός αριθμός ηλεκτρονίων στο μόριο δεν είναι ίσος με το συνολικό αριθμό πρωτονίων στο μόριο. Στη δομή Lewis ενός πολυατομικού ιόντος, το άθροισμα των τυπικών φορτίων σε όλα τα άτομα πρέπει να ισούται με το καθαρό φορτίο στο ιόν.

Το να είσαι εξοικειωμένος με τα πιο κοινά πολυατομικά ιόντα θα είναι χρήσιμο για την αναγνώριση ιοντικών ενώσεων και την πρόβλεψη της δραστικότητάς τους. Ενώ η εκμάθηση όλων των πολυατομικών ιόντων μπορεί να φαίνεται αποθαρρυντική, υπάρχουν πρότυπα για τους τύπους, τα ονόματα και τα φορτία πολλών ιόντων. Αυτά τα μοτίβα μπορούμε να τα μάθουμε, έτσι δεν χρειάζεται να απομνημονεύσετε απλά όλα τα ιόντα.

Δωράκι: Μόλις μάθεις τα πολυατομικά ιόντα, μπορείς να παίξεις το παιχνίδι, "Βρες το πολυατομικό ιόν, που περιλαμβάνει την αναζήτηση παραδειγμάτων ενώσεων που περιέχουν πολυατομικά ιόντα στην καθημερινή ζωή. Δώσαμε παραδείγματα μαγειρικής σόδας και κιμωλίας σε αυτό το άρθρο. Μπορείτε να βρείτε περισσότερα; Συμβουλή: ελέγξτε τη λίστα συστατικών της λοσιόν σας, σαμπουάν ή οδοντόκρεμας. Νιώστε ελεύθεροι να δημοσιεύσετε και άλλα στα σχόλια παρακάτω!

Αποδόσεις

Αυτό το άρθρο είναι προσαρμοσμένο από το ακόλουθο άρθρο:

“Ιόντα” από την Boundless Learning, CC BY-SA 4.0

Το τροποποιημένο άρθρο έχει άδεια χρήσης CC-BY-NC-SA 4.0.

Επιπλέον Αναφορές

Zumdahl, S. S., and S. A. Zumdahl. "Atomic Structure and Periodicity." Στη Χημεία, 290-94. 6th ed. Bostnm, MA: Houghton Mifflin Company, 2003.

Θέλετε να συμμετάσχετε σε μια συζήτηση;

Συνδεθείτε

Ταξινόμηση κατά:

Δεν υπάρχουν αναρτήσεις ακόμα.

Μπορείς να διαβάσεις στα Αγγλικά; Κάνε κλικ εδώ για να δείτε περισσότερες συζητήσεις που συμβαίνουν στην αγγλική ιστοσελίδα της Khan Academy.

Βιβλιοθήκη χημείας