Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

2.5: Утворення іонів

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    23065

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Результати навчання

    • Визначте іон, катіон та аніон.
    • Розпізнавати характеристики одноатомних і багатоатомних іонів.
    • Поясніть, як і чому утворюються катіони і аніони.
    • Визначте кількість субатомних частинок в іоні.
    • Прогнозують заряд на іони, що утворюються з представницьких елементів.

    У багатьох районах країни, включаючи частини Кентуккі, вода містить високі концентрації мінералів, які забруднюють одяг, накопичують відкладення у ваннях та водонагрівачах та створюють проблеми з правильним піноутворенням мила. Ця проблема викликана тим, що називається «жорсткою водою». Вода містить надмірну кількість катіонів, таких як залізо і кальцій.

    Іони

    Іони - це заряджені речовини, які утворилися через посилення або втрату електронів. Катіони утворюються від втрати електронів і мають позитивний заряд, тоді як аніони утворюються через посилення електронів і мають негативний заряд.

    утворення катіонів

    Катіони - це позитивні іони, утворені втратою одного або декількох електронів. Найбільш часто утворюються катіони представницьких елементів - це ті, які передбачають втрату всіх валентних електронів. Розглянемо лужний метал натрій\(\left( \ce{Na} \right)\). Він має один валентний електрон на\(n=3\) енергетичному рівні. Втративши цей електрон, іон натрію тепер має октет електронів з другого енергетичного рівня і заряд\(1+\).

    Електронне розташування іона натрію тепер таке ж, як у неону благородного газу. Розглянемо аналогічний процес з магнієм і алюмінієм. При цьому атом магнію втрачає два валентних електрона, щоб домогтися того ж розташування, що і благородний газ неон і заряд\(2+\). Атом алюмінію втрачає свої три валентні електрони, щоб мати таке ж розташування електронів, як неон і заряд\(3+\). Для представницьких елементів в типових умовах три електрони зазвичай є максимальним числом, яке буде втрачено. Представницькі елементи не втратять електрони за межі своєї валентності, оскільки їм доведеться «зламати» октет попереднього енергетичного рівня, який забезпечує стабільність іону.

    Аніони

    Аніони - це негативні іони, що утворюються від посилення одного або декількох електронів. Коли неметалеві атоми отримують вибори, вони часто роблять це, поки їх зовнішній основний енергетичний рівень не досягне октету. Для фтору, який має електронне розташування (2, 7), йому потрібно лише отримати один електрон, щоб мати таке ж розташування електронів, що і неон. Формування октету (вісім електронів у зовнішній оболонці) забезпечує стійкість атома. Фтор буде набирати один електрон і мати заряд\(1-\). Електронне розташування іона фтору (2, 8) також зміниться, щоб відобразити посилення електрона.

    Кисень має електронне розташування (2, 6) і повинен отримати два електрони, щоб заповнити\(n=2\) енергетичний рівень і досягти октету електронів у зовнішній оболонці. Іон оксиду матиме заряд в\(2-\) результаті отримання двох електронів. У типових умовах три електрони - це максимум, який буде отриманий при утворенні аніонів.

    Субатомні частинки в іоні

    Оскільки іони утворюються від посилення або втрати електронів, ми також можемо подивитися на кількість субатомних частинок (протонів, нейтронів та електронів), знайдених в іоні. Пам'ятайте, що кількість протонів визначає ідентичність елемента і не зміниться в хімічному процесі.

    Приклад\(\PageIndex{1}\)

    Скільки протонів, нейтронів і електронів в одному оксидному\(\left( \ce{O^{2-}} \right)\) іоні?

    Рішення

    Кисень має атомний номер 8, тому і атом, і іон матимуть 8 протонів. Середня атомарна маса кисню дорівнює 16. Тому буде 8 нейтронів\(\left( \text{atomic mass} - \text{atomic number} = \text{neutrons} \right)\). Нейтральний атом кисню мав би 8 електронів. Однак аніон отримав два електрони, тому\(\ce{O^{2-}}\) має 10 електронів.

    Ми також можемо використовувати інформацію про субатомні частинки для визначення ідентичності іона.

    Приклад\(\PageIndex{2}\)

    Іон із\(2+\) зарядом має 18 електронів. Визначте ідентичність іона.

    Рішення

    Якщо іон має\(2+\) заряд, то він повинен втратити електрони, щоб утворити катіон. Якщо іон має 18 електронів, а атом втратив 2 для утворення іона, то нейтральний атом містив 20 електронів. Оскільки він був нейтральним, він також мав 20 протонів. Тому елементом є кальцій.

    Багатоатомні іони

    Багатоатомний іон - це іон, що складається з двох або більше атомів, які мають заряд у вигляді групи (полі = багато). Іон амонію (див. Малюнок нижче) складається з одного атома азоту і чотирьох атомів водню. Разом вони складають один іон із\(1+\) зарядом і формулою\(\ce{NH_4^+}\). Гідроксид-іон (див. Малюнок нижче) містить один атом водню і один атом кисню із загальним зарядом\(1-\). Карбонатний іон (див. Малюнок нижче) складається з одного атома вуглецю і трьох атомів кисню і несе загальний заряд\(2-\). Формула карбонатного іона така\(\ce{CO_3^{2-}}\). Атоми багатоатомного іона щільно пов'язані між собою, і тому весь іон поводиться як єдина одиниця. На малюнках нижче наведено кілька прикладів.

    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Іон амонію\(\left( \ce{NH_4^+} \right)\) - це атом азоту (синій), пов'язаний з чотирма атомами водню (білим).
    Малюнок\(\PageIndex{2}\): Іон гідроксиду\(\left( \ce{OH^-} \right)\) - це атом кисню (червоний), пов'язаний з атомом водню.
    Малюнок\(\PageIndex{3}\): Карбонатний іон\(\left( \ce{CO_3^{2-}} \right)\) являє собою атом вуглецю (чорний), пов'язаний з трьома атомами кисню.

    У таблиці нижче наведено ряд багатоатомних іонів за назвою та за структурою. Заголовок для кожного стовпця вказує заряд на багатоатомні іони цієї групи. Відзначимо, що переважна більшість перерахованих іонів є аніонами - багатоатомних катіонів дуже мало.

    \(1-\) \(2-\) \(3-\) \(1+\)
    Таблиця\(\PageIndex{1}\): Загальні багатоатомні іони
    ацетат,\(\ce{CH_3COO^-}\) карбонат,\(\ce{CO_3^{2-}}\) арсенат,\(\ce{AsO_3^{3-}}\) амонію,\(\ce{NH_4^+}\)
    бромат,\(\ce{BrO_3^-}\) хромат,\(\ce{CrO_4^{2-}}\) фосфіт,\(\ce{PO_3^{3-}}\)
    хлорат,\(\ce{ClO_3^-}\) дихромат,\(\ce{Cr_2O_7^{2-}}\) фосфатні,\(\ce{PO_4^{3-}}\)
    хлорит,\(\ce{ClO_2^-}\) гідрофосфат,\(\ce{HPO_4^{2-}}\)
    ціанід,\(\ce{CN^-}\) оксалат,\(\ce{C_2O_4^{2-}}\)
    дигідрофосфат,\(\ce{H_2PO_4^-}\) перекис,\(\ce{O_2^{2-}}\)
    гідрокарбонат,\(\ce{HCO_3^-}\) силікатні,\(\ce{SiO_3^{2-}}\)
    сульфат водню,\(\ce{HSO_4^-}\) сульфат,\(\ce{SO_4^{2-}}\)
    сірководню,\(\ce{HS^-}\) сульфіт,\(\ce{SO_3^{2-}}\)
    гідроксид,\(\ce{OH^-}\)
    гіпохлорит,\(\ce{ClO^-}\)
    нітрат,\(\ce{NO_3^-}\)
    нітрити,\(\ce{NO_2^-}\)
    перхлорат,\(\ce{ClO_4^-}\)
    перманганат,\(\ce{MnO_4^-}\)

    Переважна більшість багатоатомних іонів - це аніони, багато з яких закінчуються на -ate або -ite. Зверніть увагу, що в деяких випадках, таких як нітрат\(\left( \ce{NO_3^-} \right)\) і нітрит\(\left( \ce{NO_2^-} \right)\), є кілька аніонів, які складаються з однакових двох елементів. У цих випадках різниця між іонами полягає в кількості присутніх атомів кисню, тоді як загальний заряд однаковий. Як клас, вони називаються оксианіонами. Коли для певного елемента є два оксианіони, той з більшою кількістю атомів кисню отримує суфікс -ate, тоді як той, у якого менша кількість атомів кисню, отримує суфікс -ite. Чотири оксианіона хлору показані нижче, що також включає використання префіксів гіпо- і пер-.

    • \(\ce{ClO^-}\), гіпохлорит
    • \(\ce{ClO_2^-}\), хлорит
    • \(\ce{ClO_3^-}\), хлорат
    • \(\ce{ClO_4^-}\), перхлорат

    Чи не ваш звичайний іон

    «Пий тобі молоко. Це добре для ваших кісток». Нам це говорять з раннього дитинства, і з поважною причиною. Молоко містить хороший запас кальцію, що входить до структури кістки. Однак є ще два іонних компонента гідроксиапатиту - мінерального компонента. Фосфатний іон і гідроксид-іон складають залишок неорганічного матеріалу в кістці.

    Новини, які ви можете використовувати

    • Кістка - дуже складна структура. До його складу входять білок (в основному колаген), гідроксиапатит (суміш кальцій-фосфат-гідроксид), деяких інших мінералів, а містить\(10\) -\(20\%\) воду. Співвідношення кальцій/фосфат не стехіометричні, але дещо різняться від однієї частини кістки до іншої.
    • Кістки дуже міцні, але зламаються при достатньому навантаженні. Регулярні фізичні вправи і правильне харчування сприяють збільшенню міцності кісток. Відео про структуру кісток дивіться на http://www.youtube.com/watch?v=d9owEvYdouk
    • Нітрат - це аніон зі складною сполучною структурою. Основними джерелами цього іона в питній воді є стік добрив, витік септика, стічні води та природні відкладення. Високі концентрації нітратів становлять значну небезпеку для здоров'я, особливо для немовлят. Нітрат в організмі перетворюється в нітрит, який потім зв'язується з гемоглобіном. Це зв'язування знижує здатність гемоглобіну транспортувати кисень, тим самим позбавляючи клітини\(\ce{O_2}\) необхідного для правильного функціонування.
    • Виробництво ціанідів широко поширене у всій природі. Лісові пожежі дадуть значну кількість ціаніду. Багато рослин містять ціанід, і він виробляється рядом бактерій, водоростей, грибів. Ціанід використовується промислово в обробці металів, металургійних заводах, а також в процесах органічного синтезу. Цей матеріал також є важливою складовою для рафінування дорогоцінних металів. Утворення комплексу між ціанідом і золотом дозволяє витягти цей метал з суміші.

    Додаткові ресурси

    Автори та атрибуція