Până acum, am discutat despre elemente și compuși care sunt neutri din punct de vedere electric. Au același număr de electroni ca și protoni, deci sarcinile negative ale electronilor sunt echilibrate de sarcinile pozitive ale protonilor. Cu toate acestea, acest lucru nu este întotdeauna cazul. Electronii se pot deplasa de la un atom la altul; atunci când se întâmplă, se formează specii cu sarcini electrice generale. Astfel de specii se numesc ioni. Speciile cu sarcini pozitive globale sunt denumite cationi, în timp ce speciile cu sarcini negative generale sunt numite anioni. Amintiți-vă că ionii se formează numai atunci când electronii se deplasează de la un atom la altul; un proton nu se mișcă niciodată de la un atom la altul. Compușii formați din ioni pozitivi și negativi sunt numiți compuși ionici .

Atomii individuali pot câștiga sau pierde electroni. Când o fac, devin ioni monatomici. Când atomii câștigă sau pierd electroni, de obicei câștigă sau pierd un număr caracteristic de electroni și astfel iau o sarcină generală caracteristică. Tabelul 3.6 „Ionii monatomici ai diferitelor încărcături” enumeră câțiva ioni comuni în ceea ce privește câți electroni pierd (produc cationi) sau câștigă (produc anioni). Există mai multe lucruri de observat despre ioni în Tabelul 3.6 „Ioni monatomici ai diferitelor încărcături”. În primul rând, fiecare element care formează cationi este un metal, cu excepția unuia (hidrogen), în timp ce fiecare element care formează anioni este un nemetal. Aceasta este de fapt una dintre proprietățile chimice ale metalelor și nemetalelor: metalele tind să formeze cationi, în timp ce nemetalele tind să formeze anioni. În al doilea rând, majoritatea atomilor formează ioni cu o singură sarcină caracteristică. Când atomii de sodiu formează ioni, aceștia formează întotdeauna o încărcare de 1+, niciodată o sarcină de 2+ sau 3+ sau chiar o singură sarcină. Astfel, dacă trimiteți informațiile din Tabelul 3.6 „Ioni monatomici ai diferitelor încărcături” în memorie, veți ști întotdeauna ce încărcări formează cei mai mulți atomi. (În capitolul 9 „Legături chimice”, vom discuta de ce formează atomii sarcinile pe care le fac.)

Tabelul 3.6 Ionii monatomici ai diferitelor sarcini

Ionii formați prin pierderea unui singur electron H +
Pe +
K +
Rb +
Ag +
Au +
Ionii formați prin pierderea a doi electroni Mg 2+
Aproximativ 2+
Noi 2+
Fe 2+
Co 2+
Până la 2+
Cu 2+
Zn 2+
Sn 2+
Hg 2+
Pb 2+
Ionii formați prin pierderea a trei electroni Sc 3+
Fe 3+
Co 3+
Până la 3+
Au 3+
Al 3+
Cr 3+
Ionii formați prin pierderea a patru electroni Tu 4+
Sn 4+
Pb 4+
Ionii formați prin obținerea unui singur electron F -
Cl -
Br -
Eu -
Ionii formați prin câștigarea a doi electroni O 2−
S 2−
Se 2−
Ionii formați prin câștigarea a trei electroni N 3−
P 3−

În al treilea rând, există câteva excepții de la punctul anterior. Câteva elemente, toate metalele, pot forma mai multe sarcini posibile. De exemplu, atomii de fier pot forma 2+ cationi sau 3+ cationi. Cobaltul este un alt element care poate forma mai mult de un ion încărcat posibil (2+ și 3+), în timp ce plumbul poate forma 2+ sau 4+ cationi. Din păcate, nu prea se înțelege ce două sarcini ar putea prelua un atom de metal, deci este mai bine să memorăm doar posibilele sarcini pe care le poate avea un anumit element.

Rețineți convenția pentru indicarea unui ion. Mărimea încărcării este listată ca un superindice dreapta lângă simbolul elementului. Dacă taxa este una singură pozitivă sau negativă, numărul 1 nu este scris; dacă magnitudinea încărcării este mai mare de 1, atunci numărul este scris înainte de semnul + sau -. Un simbol al elementului fără o sarcină scrisă lângă el se presupune că este atomul neîncărcat.

Denumirea unui ion este simplă. Pentru un cation, pur și simplu utilizați numele elementului și adăugați cuvântul ion (sau, dacă doriți să fiți mai specific, adăugați cation) după numele elementului. Deci Na + este ionul de sodiu; Ca 2+ este ionul de calciu. Dacă elementul are mai multe sarcini posibile, valoarea încărcăturii vine după numele elementului și înainte de cuvântul ion. Astfel, Fe 2+ este fierul cu doi ioni, în timp ce Fe 3+ este fierul cu trei ioni. În tipar, folosim cifre romane între paranteze pentru a reprezenta sarcina pe ion, deci acești doi ioni de fier ar fi reprezentați ca cationul de fier (II) și respectiv cationul de fier (III).

Pentru un anion monatomic, utilizați tulpina numelui elementului și adăugați sufixul -ide la acesta, apoi adăugați ion. Acest lucru este similar cu modul în care am numit compușii moleculari. Astfel, Cl - este ionul clorură, iar N 3− este ionul nitrid.

Exemplul 6

Denumiți fiecare specie.

  1. O 2−
  2. Co
  3. Co 2+

  1. Această specie are o sarcină de 2, deci este un anion. Anionii sunt denumiți folosind tulpina numelui elementului cu sufixul -ide adăugat. Acesta este anionul oxid.
  2. Deoarece această specie nu are nicio sarcină, este un atom în forma sa elementară. Acesta este cobaltul.
  3. În acest caz, există o sarcină de 2+ pe atom, deci este un cation. Observăm din Tabelul 3.6 „Ioni monatomici ai diferitelor încărcături” că cationii de cobalt pot avea două sarcini posibile, deci numele ionului trebuie să specifice ce încărcare are ionul. Acesta este cationul cobalt (II).

Denumiți fiecare specie.

  1. P 3−
  2. Noi 2+

  1. anionul fosfidic
  2. cationul de stronțiu

Formulele chimice pentru compușii ionici se numesc formule ionice. O formulă ionică adecvată are un cation și un anion; un compus ionic nu se formează niciodată între doi cationi sau numai doi anioni. Cheia scrierii unor formule ionice adecvate este simplă: sarcina pozitivă totală trebuie să echilibreze sarcina negativă totală. Deoarece sarcinile ionilor sunt caracteristice, uneori trebuie să avem mai mult de un cation sau anion pentru a echilibra sarcinile pozitive și negative generale. Este convențional să se utilizeze cel mai mic raport de ioni care sunt necesari pentru a echilibra sarcinile.

De exemplu, luați în considerare compusul ionic dintre Na + și Cl -. Fiecare ion are o singură încărcare, una pozitivă și una negativă, deci avem nevoie de un singur ion din fiecare pentru a echilibra sarcina generală. La scrierea formulei ionice, urmăm două convenții suplimentare: (1) scrieți mai întâi formula pentru cation și următoarea formulă pentru anion, dar (2) nu scrieți sarcinile pe ioni. Astfel, pentru compusul dintre Na + și Cl -, avem formula ionică NaCl (Figura 3.5 „NaCl = sare de masă”). Formula Na 2Cl 2 are, de asemenea, sarcini echilibrate, dar convenția este de a utiliza cel mai mic raport de ioni, care ar fi unul din fiecare. (Amintiți-vă din convențiile noastre pentru scrierea formulelor că nu scriem un 1 indiciu dacă există un singur atom dintr-un anumit element prezent.) Pentru compusul ionic dintre cationii de magneziu (Mg 2+) și anionii oxidici (O 2−), din nou, avem nevoie doar de unul din fiecare ion pentru a echilibra taxele. Prin convenție, formula este MgO.

Figura 3.5 NaCI = sare de masă

chimie

Compusul ionic NaCl este foarte frecvent.
Sursă: „Kosher Salt” de stlbites.com este licențiată sub Creative Commons Attribution-NoDerivs 2.0 Generic.

Pentru compusul ionic dintre ioni Mg 2+ și ioni Cl -, considerăm acum faptul că sarcinile au magnitudini diferite, 2+ pe ionul magneziu și 1− pe ionul clorură. Pentru a echilibra sarcinile cu cel mai mic număr de ioni posibil, trebuie să avem doi ioni de clorură pentru a echilibra sarcina pe un ion de magneziu. În loc să scriem formula MgClCl, combinăm cei doi ioni clorură și o scriem cu un indice 2: MgCl 2.

Ce ne spune formula MgCl 2? Există două ioni clorură în formulă. Deși clorul ca element este o moleculă diatomică, Cl 2, clorul elementar nu face parte din acest compus ionic. Clorul este sub forma unui ion încărcat negativ, nu elementul neutru. Indicele 2 este în formula ionică, deoarece avem nevoie de doi ioni Cl - pentru a echilibra încărcătura pe un ion Mg 2+.

Exemplul 7

Scrieți formula ionică adecvată pentru fiecare dintre cei doi ioni dați.

  1. Ca 2+ și Cl -
  2. Al 3+ și F -
  3. Al 3+ și O 2−

  1. Avem nevoie de doi ioni Cl pentru a echilibra sarcina pe un ion Ca 2+, deci formula ionică adecvată este CaCl 2.
  2. Avem nevoie de trei ioni F pentru a echilibra încărcătura ionului Al 3+, deci formula ionică adecvată este AlF 3.
  3. Cu Al 3+ și O 2−, rețineți că nici o încărcare nu este un multiplu perfect al celeilalte. Aceasta înseamnă că trebuie să mergem la un multiplu cel mai puțin comun, care în acest caz va fi șase. Pentru a obține un total de 6+, avem nevoie de doi ioni Al 3+; pentru a obține 6−, avem nevoie de trei ioni O 2−. Prin urmare, formula ionică adecvată este Al2O3.

Scrieți formulele ionice adecvate pentru fiecare dintre cei doi ioni dați.

  1. Fe 2+ și S 2−
  2. Fe 3+ și S 2−

Numirea compușilor ionici este simplă: combinați numele cationului și numele anionului, în ambele cazuri omițând cuvântul ion. Nu utilizați prefixe numerice dacă este necesar mai mult de un ion pentru echilibrarea tarifelor. NaCl este clorură de sodiu, o combinație a denumirii cationului (sodiu) și a anionului (clorură). MgO este oxid de magneziu. MgCl2 este clorură de magneziu - nu diclorură de magneziu.

La numirea compușilor ionici ai căror cationi pot avea mai multe sarcini posibile, trebuie să includem și sarcina, între paranteze și cifre romane, ca parte a numelui. Prin urmare, FeS este sulfură de fier (II), în timp ce Fe 2S 3 este sulfură de fier (III). Din nou, niciun prefix numeric nu apare în nume. Numărul de ioni din formulă este dictat de necesitatea de a echilibra sarcinile pozitive și negative.

Exemplul 8

Denumiți fiecare compus ionic.

  1. CaCl2
  2. AlF 3
  3. Co 2O 3

  1. Folosind numele ionilor, acest compus ionic se numește clorură de calciu. Nu este clorură de calciu (II) deoarece calciul formează un singur cation când formează un ion și are o sarcină caracteristică de 2+.
  2. Denumirea acestui compus ionic este fluorură de aluminiu.
  3. Știm că cobaltul poate avea mai multe sarcini posibile; trebuie doar să determinăm ce este. Oxidul are întotdeauna o sarcină 2−, deci cu trei ioni oxid, avem o sarcină negativă totală de 6−. Aceasta înseamnă că cei doi ioni de cobalt trebuie să contribuie cu 6+, ceea ce pentru doi ioni de cobalt înseamnă că fiecare este de 3+. Prin urmare, numele propriu al acestui compus ionic este oxid de cobalt (III).

Denumiți fiecare compus ionic.

  1. oxid de scandiu
  2. clorură de argint

De unde știi dacă o formulă - și prin extensie, un nume - este pentru un compus molecular sau pentru un compus ionic? Compușii moleculari se formează între nemetali și nemetali, în timp ce compușii ionici se formează între metale și nemetali. Tabelul periodic (Figura 3.2 „Un tabel periodic simplu”) poate fi utilizat pentru a determina care elemente sunt metale și nemetale.

Există, de asemenea, un grup de ioni care conțin mai mult de un atom. Aceștia se numesc ioni poliatomici. Tabelul 3.7 „Ioni poliatomici comuni” enumeră formulele, sarcinile și numele unor ioni poliatomici comuni. Numai unul dintre ei, ionul de amoniu, este un cation; restul sunt anioni. Majoritatea conțin, de asemenea, atomi de oxigen, deci uneori sunt denumiți oxianioni. Unele dintre ele, cum ar fi nitrații și nitriții, și sulfatul și sulfitul, au formulele și denumirile foarte asemănătoare, așa că trebuie avut grijă ca formulele și denumirile să fie corecte. Rețineți că ionul -atom poliatomic are în formulă un atom de oxigen mai puțin decât ionul -at, dar cu aceeași sarcină ionică.

Tabelul 3.7 Ioni poliatomici comuni

Numiți formula și taxa Numiți formula și taxa
amoniu NH 4 + hidroxid OH -
acetat C 2H 3O 2 -, sau CH 3COO - nitrat NUMARUL 3 -
bicarbonat (hidrogen carbonat) HCO 3 - nitrit NU 2 -
bisulfat (hidrogen sulfat) HSO 4 - peroxid O 2 2−
carbonat CO 3 2− perclorat ClO 4 -
clorat ClO 3 - fosfat PO 4 3−
cromat CrO 4 2− sulfat SO 4 2−
cianură CN - sulfit SO 3 2−
dicromat Cr 2O 7 2− triiodură I 3 -

Denumirea compușilor ionici care conțin ioni poliatomici urmează aceleași reguli ca și denumirea pentru alți compuși ionici: combinați pur și simplu numele cationului și numele anionului. Nu utilizați prefixe numerice în nume dacă există mai mult de un ion poliatomic; singura excepție este dacă numele ionului în sine conține un prefix numeric, cum ar fi dicromatul sau triiodura.

Scrierea formulelor compușilor ionici are o diferență importantă. Dacă este necesar mai mult de un ion poliatomic pentru a echilibra încărcătura generală din formulă, includeți formula ionului poliatomic între paranteze și scrieți indicele numeric corespunzător în dreapta și în afara parantezelor. Astfel, formula dintre ioni de calciu, Ca 2+ și ioni de nitrați, NO 3 -, este scrisă corect Ca (NO 3) 2, nu CaNO 32 sau CaN 2O 6. Folosiți paranteze acolo unde este necesar. Numele acestui compus ionic este pur și simplu azotat de calciu.

Exemplul 9

Scrieți formula adecvată și dați numele corect pentru fiecare compus ionic format între cei doi ioni enumerați.

  1. NH 4 + și S 2−
  2. Al 3+ și PO 4 3−
  3. Fe 2+ și PO 4 3−

  1. Deoarece ionul de amoniu are o sarcină de 1+, iar ionul de sulfură are o sarcină de 2, avem nevoie de doi ioni de amoniu pentru a echilibra sarcina pe un singur ion de sulfură. Încadrând formula pentru ionul de amoniu între paranteze, avem (NH 4) 2S. Numele compusului este sulfură de amoniu.
  2. Deoarece ionii au aceeași magnitudine a sarcinii, avem nevoie doar de unul din fiecare pentru a echilibra sarcinile. Formula este AlPO4, iar denumirea compusului este fosfat de aluminiu.
  3. Nici o sarcină nu este un multiplu exact al celeilalte, deci trebuie să mergem la cel mai mic multiplu comun de 6. Pentru a obține 6+, avem nevoie de trei ioni de fier (II) și pentru a obține 6−, avem nevoie de doi ioni fosfat. Formula adecvată este Fe 3 (PO 4) 2, iar denumirea compusului este fosfatul de fier (II).

Scrieți formula adecvată și dați numele corect pentru fiecare compus ionic format între cei doi ioni enumerați.

  1. NH 4 + și PO 4 3−
  2. Co 3+ și NO 2 -

  1. (NH 4) 3PO 4, fosfat de amoniu
  2. Co (NO 2) 3, azotit de cobalt (III)

Aplicația pentru alimente și băuturi: sodiu în alimentele tale

Elementul de sodiu, cel puțin sub forma sa ionică ca Na +, este un nutrient necesar pentru ca oamenii să trăiască. De fapt, corpul uman este de aproximativ 0,15% sodiu, o persoană medie având un corp douăzeci și zecime de kilogram în corpul său la un moment dat, mai ales în fluidele din afara celulelor și în alte fluide corporale.

Sodiul este prezent și în dieta noastră. Sarea de masă obișnuită pe care o folosim în alimentele noastre este un compus ionic de sodiu. Multe alimente procesate conțin, de asemenea, cantități semnificative de sodiu adăugate la acestea ca o varietate de compuși ionici. De ce se utilizează atât de mult compușii de sodiu? De obicei, compușii de sodiu sunt ieftini, dar, mai important, majoritatea compușilor de sodiu ionici se dizolvă ușor. Acest lucru permite producătorilor de alimente prelucrate să adauge substanțe care conțin sodiu în amestecurile de alimente și să știe că compusul se va dizolva și se va distribui uniform în întregul aliment. Compușii ionici simpli, cum ar fi nitritul de sodiu (NaNO2), sunt adăugați la carnea vindecată, cum ar fi slănina și carnea în stil delicatese, în timp ce un compus numit benzoat de sodiu este adăugat la multe alimente ambalate ca conservant. Tabelul 3.8 „Unii compuși de sodiu adăugați în alimente” este o listă parțială a unor aditivi de sodiu utilizați în alimente. Unele dintre ele le puteți recunoaște după ce ați citit acest capitol. Alții pe care s-ar putea să nu îi recunoașteți, dar toți sunt compuși ionici de sodiu cu un ion încărcat negativ.

Tabelul 3.8 Unii compuși de sodiu adăugați la alimente

Utilizarea atâtor compuși de sodiu în alimentele preparate și prelucrate a alarmat unii medici și nutriționiști. Ei susțin că o persoană obișnuită consumă prea mult sodiu din dieta sa. O persoană medie are nevoie de aproximativ 500 mg de sodiu în fiecare zi; majoritatea oamenilor consumă mai mult de atât - de până la 10 ori mai mult. Unele studii au implicat creșterea aportului de sodiu cu hipertensiune arterială; studii mai noi sugerează că legătura este discutabilă. Cu toate acestea, a existat o presiune pentru a reduce cantitatea de sodiu pe care majoritatea oamenilor o ingerează în fiecare zi: evitați alimentele procesate și fabricate, citiți etichetele de pe alimentele ambalate (care includ o indicație a conținutului de sodiu), nu suprasalinați alimentele și folosiți alte plante și condimente pe lângă sare în gătit.

Etichetele alimentelor includ cantitatea de sodiu pe porție. Această etichetă specială arată că există 75 mg de sodiu într-o singură porție din acest produs alimentar.