Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

3.5: Іони та іонні сполуки

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    22504

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

    Цілі навчання
    • Знати, як утворюються іони.
    • Вивчіть характерні заряди, якими володіють іони.
    • Побудувати правильну формулу для іонної сполуки.
    • Створіть власне ім'я для іонної сполуки.

    Поки ми розглянули елементи і сполуки, які є електрично нейтральними. Вони мають таку ж кількість електронів, що і протони, тому негативні заряди електронів врівноважуються позитивними зарядами протонів. Однак це не завжди так. Електрони можуть переміщатися від одного атома до іншого; коли вони це роблять, утворюються види із загальними електричними зарядами. Такі види називаються іонами. Види із загальними позитивними зарядами називаються катіонами, тоді як види із загальними негативними зарядами називаються аніонами. Пам'ятайте, що іони утворюються тільки тоді, коли електрони рухаються від одного атома до іншого; протон ніколи не рухається від одного атома до іншого. Сполуки, утворені з позитивних і негативних іонів, є іонними сполуками

    Окремі атоми можуть набирати або втрачати електрони. Коли вони це роблять, вони стають одноатомними іонами. Коли атоми набирають або втрачають електрони, вони зазвичай набирають або втрачають характерну кількість електронів і так приймають характерний загальний заряд. У таблиці\(\PageIndex{1}\) наведено деякі загальні іони з точки зору того, скільки електронів вони втрачають (роблячи катіони) або посилюють (роблячи аніони). Є кілька речей, щоб помітити про іони в табл\(\PageIndex{1}\). По-перше, кожен елемент, який утворює катіон, є металом, крім одного (водню), тоді як кожен елемент, який утворює аніон, є неметалом. Це насправді одна з хімічних властивостей металів і неметалів: метали мають тенденцію утворювати катіони, тоді як неметали мають тенденцію до утворення аніонів. По-друге, більшість атомів утворюють іони одного характерного заряду. Коли атоми натрію утворюють іони, вони завжди утворюють 1+ заряд, ніколи не 2+ або 3+ або навіть 1− заряд. Таким чином, якщо ви вносите інформацію в Таблицю\(\PageIndex{1}\) в пам'ять, ви завжди будете знати, які заряди утворюють більшість атомів.

    Таблиця\(\PageIndex{1}\): Одноатомні іони різних зарядів
    Іони, що утворюються при втраті одного електрона Н +
    Na +
    К +
    Рб +
    Вік +
    Ау +
    Іони, утворені втратою двох електронів Мг 2 +
    Са 2 +
    Ср 2 +
    Фе 2 +
    Со 2 +
    Ні 2 +
    Cu 2 +
    Zn 2 +
    Нд 2 +
    Рт 2 +
    Пб 2 +
    Іони, утворені втратою трьох електронів Сб 3 +
    Фе 3 +
    Со 3 +
    Ні 3 +
    Ау 3 +
    Всі 3 +
    Автомобіль 3 +
    Іони, утворені втратою чотирьох електронів Ti 4 +
    Нд 4 +
    Пб 4 +
    Іони, що утворюються при отриманні одного електрона F −
    Cl −
    Br −
    Я −
    Іони, що утворюються при отриманні двох електронів O 2−
    S 2−
    Див. 2 −
    Іони, що утворюються при отриманні трьох електронів N 3−
    P 3−

    По-третє, є деякі винятки з попереднього пункту. Кілька елементів, всі з яких є металами, можуть утворювати більше одного можливого заряду. Наприклад, атоми заліза можуть утворювати 2+ катіонів або 3+ катіонів. Кобальт - ще один елемент, який може утворювати більше одного можливого зарядженого іона (2+ і 3+), тоді як свинець може утворювати 2+ або 4+ катіонів. На жаль, мало розуміння, які два заряди може взяти атом металу, тому найкраще просто запам'ятати можливі заряди, які може мати певний елемент.

    Зверніть увагу на умовність про вказівку іона. Величина заряду вказана у вигляді правого верхнього індексу поруч із символом елемента. Якщо заряд одиничний позитивний або негативний, то число 1 не записується; якщо величина заряду більше 1, то число записується перед знаком + або −. Символ елемента без заряду, записаного поруч, вважається незарядженим атомом.

    Назвати іон просто. Для катіону просто використовуйте ім'я елемента і додайте слово ion (або, якщо ви хочете бути більш конкретним, додайте катіон) після імені елемента. Отже, Na + - іон натрію; Са 2 + - іон кальцію. Якщо елемент має більше одного можливого заряду, значення заряду приходить після назви елемента і перед словом ion. Таким чином, Fe 2 + - це два іона заліза, тоді як Fe 3 + - це три іона заліза. У друкованому вигляді ми використовуємо римські цифри в дужках для представлення заряду на іоні; тому ці два іони заліза будуть представлені як катіон заліза (II) та катіон заліза (III) відповідно.

    Для одноатомного аніона використовуйте стовбур імені елемента і додайте до нього суфікс -ide, а потім додайте іон. Це схоже на те, як ми назвали молекулярні сполуки. Таким чином, Cl − це іон хлориду, а N 3− іон нітриду.

    Приклад\(\PageIndex{1}\)

    Назвіть кожен вид.

    1. O 2−
    2. Co
    3. Со 2 +
    Рішення
    1. Цей вид має 2− заряд на ньому, тому він є аніоном. Аніони називаються за допомогою стебла імені елемента з доданим суфіксом -ide. Це оксид аніон.
    2. Оскільки цей вид не має заряду, він є атомом у своїй елементарній формі. Це кобальт.
    3. В даному випадку на атомі є заряд 2+, тому він є катіоном. Відзначимо з таблиці\(\PageIndex{1}\), що катіони кобальту можуть мати два можливих заряду, тому назва іона повинна вказувати, який заряд має іон. Це катіон кобальту (II).
    Вправа\(\PageIndex{1}\)

    Назвіть кожен вид.

    1. P 3−
    2. Ср 2 +
    Відповіді
    1. фосфід аніон
    2. катіон стронцію

    Іонні формули

    Хімічні формули для іонних сполук називаються іонними формулами. Правильна іонна формула має катіон та аніон; іонна сполука ніколи не утворюється лише між двома катіонами або лише двома аніонами. Ключ до написання правильних іонних формул простий: загальний позитивний заряд повинен збалансувати загальний негативний заряд. Оскільки заряди на іони характерні, іноді нам доводиться мати більше одного катіону або аніону, щоб збалансувати загальні позитивні та негативні заряди. Прийнято використовувати найнижче співвідношення іонів, які необхідні для збалансування зарядів.

    Наприклад, розглянемо іонну сполуку між Na + і Cl −. Кожен іон має один заряд, один позитивний і один негативний, тому нам потрібен лише один іон кожного, щоб збалансувати загальний заряд. При написанні іонної формули дотримуємося двох додаткових умовностей: (1) записуємо формулу катіона першої і формулу для аніонного другого, але (2) не записуємо заряди на іони. Таким чином, для з'єднання між Na + і Cl − маємо іонну формулу NaCl (рис.\(\PageIndex{1}\)). Формула Na 2 Cl 2 також має збалансовані заряди, але умовність полягає у використанні найнижчого співвідношення іонів, яке було б по одному з кожного. (Пам'ятайте з наших угод для написання формул, що ми не пишемо індекс 1, якщо присутній лише один атом конкретного елемента.) Для іонної сполуки між катіонами магнію (Mg 2 +) та оксидними аніонами (O 2 −) нам знову потрібен лише один з кожного іона, щоб збалансувати заряди. За умовністю формула - MgO.

    Солоні пластівці розповзлися.
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Іонна сполука\(\ce{NaCl}\) є кухонною сіллю і дуже поширена. (Громадське надбання; Пікселі.)

    Для іонної сполуки між іонами Mg 2+ та іонами Cl − ми розглянемо той факт, що заряди мають різну величину: 2+ на іоні магнію та 1− на іоні хлориду. Щоб збалансувати заряди з найменшою кількістю можливих іонів, нам потрібно мати два іони хлориду, щоб збалансувати заряд на одному іоні магнію. Замість того, щоб писати формулу MgClCl, ми об'єднаємо два іони хлориду і запишемо його з 2 індексом: MgCl 2.

    Що нам говорить формула MgCl 2? У формулі є два іони хлориду. Хоча хлор як елемент є двоатомною молекулою, Cl 2, елементарний хлор не входить до складу цієї іонної сполуки. Хлор знаходиться у вигляді негативно зарядженого іона, а не нейтрального елемента. Індексит 2 знаходиться в іонній формулі, оскільки нам потрібні два іони Cl −, щоб збалансувати заряд на одному іоні Mg 2 +.

    Приклад\(\PageIndex{2}\)

    Напишіть відповідну іонну формулу для кожного з двох заданих іонів.

    1. Са 2 + і Cl −
    2. Всі 3 + і F −
    3. Усі 3 + та О 2−
    Рішення
    1. Нам потрібні два іони Cl −, щоб збалансувати заряд на одному іоні Ca 2 +, тому правильною іонною формулою є CaCl 2.
    2. Нам потрібні три F − іони, щоб збалансувати заряд на іоні Al 3 +, тому правильною іонною формулою є AlF 3.
    3. З Al 3 + і O 2− зверніть увагу, що жоден заряд не є ідеальним кратним іншому. Це означає, що ми повинні перейти до найменш загального кратного, якого в цьому випадку буде шість. Щоб отримати загалом 6+, нам потрібні два іони Al 3 +; щоб отримати 6−, нам потрібні три іони O 2−. Звідси належною іонною формулою є Al 2 O 3.
    Вправа\(\PageIndex{2}\)

    Напишіть відповідні іонні формули для кожного з двох заданих іонів.

    1. Fe 2 + і S 2−
    2. Fe 3 + і S 2−
    Відповіді
    1. ФеС
    2. Фе 2 С 3

    Назвати іонні сполуки просто: поєднують назву катіона і назва аніона, в обох випадках опускаючи слово іон. Не використовуйте числові префікси, якщо для балансування зарядів потрібно більше одного іона. NaCl - хлорид натрію, поєднання назви катіона (натрію) і аніона (хлориду). MgO - оксид магнію. MgCl 2 є хлорид магнію - не дихлорид магнію.

    Назвуючи іонні сполуки, катіони яких можуть мати більше одного можливого заряду, ми також повинні включати заряд, в дужках та римськими цифрами, як частину назви. Отже FeS - це сульфід заліза (II), тоді як Fe 2 S 3 - сульфід заліза (III). Знову ж таки, в назві немає числових префіксів. Кількість іонів у формулі продиктовано необхідністю збалансувати позитивний і негативний заряди.

    Приклад\(\PageIndex{3}\)

    Назвіть кожне іонне з'єднання.

    1. CaCl 2
    2. ЛаФ 3
    3. СО 2 О 3
    Рішення
    1. Використовуючи назви іонів, це іонне з'єднання називається хлоридом кальцію. Це не хлорид кальцію (II), оскільки кальцій утворює лише один катіон, коли утворює іон, і він має характерний заряд 2+.
    2. Назва цього іонного з'єднання - фторид алюмінію.
    3. Ми знаємо, що кобальт може мати більше одного можливого заряду; нам просто потрібно визначити, що це таке. Оксид завжди має 2− заряд, тому з трьома іонами оксиду ми маємо загальний негативний заряд 6−. Це означає, що два іони кобальту повинні сприяти 6+, що для двох іонів кобальту означає, що кожен з них становить 3+. Тому власна назва цієї іонної сполуки - оксид кобальту (III).
    Вправа\(\PageIndex{3}\)

    Назвіть кожне іонне з'єднання.

    1. Сб 2 О 3
    2. AgCl

    Відповіді

    1. оксид скандію
    2. хлорид срібла

    Як ви знаєте, чи є формула - і, за розширенням, назва - для молекулярної сполуки або для іонної сполуки? Молекулярні сполуки утворюються між неметалами та неметалами, тоді як іонні сполуки утворюються між металами та неметалами. Періодична таблиця може бути використана для визначення, які елементи є металами і неметалами.

    Також існує група іонів, які містять більше одного атома. Вони називаються багатоатомними іонами. У таблиці\(\PageIndex{2}\) наведено формули, заряди та назви деяких поширених багатоатомних іонів. Тільки один з них, іон амонію, є катіоном; решта - аніони. Більшість з них також містять атоми кисню, тому іноді їх називають оксианіонами. Деякі з них, такі як нітрат і нітрит, а також сульфат і сульфіт, мають дуже схожі формули та назви, тому слід подбати про правильність формул та імен. Зверніть увагу, що багатоатомний іон -іон має на один менше атома кисню у своїй формулі, ніж іон -їт, але з тим же іонним зарядом.

    Таблиця\(\PageIndex{2}\): Загальні багатоатомні іони
    Ім'я Формула і заряд   Ім'я Формула і заряд
    амонію NH 4 +   гідроксиду ОХ −
    ацетат С 2 Н 3 О 2 −, або СН 3 СОО − селітра НЕМАЄ 3 −
    бікарбонат (гідрокарбонат) ГСО 3 − нітрит НЕМАЄ 2 −
    бісульфат (сульфат водню) ВСО 4 − перекису З 2 − 2 −
    карбонату СО 3 2 − перхлорат КЛО 4 −
    хлорат КЛО 3 − фосфат ПО 4 - 3 −
    хромат Кро 4 − 2 − сульфат ТАК 4 2 −
    ціанистого CN − сульфіт ТАК 3 2 −
    дихромат Кр 2 З 7 - 2 − трийодид Я 3 −

    Найменування іонних сполук, що містять багатоатомні іони, слідує тим же правилам, що і іменування інших іонних сполук: просто об'єднайте назву катіона і назва аніона. Не використовуйте числові префікси в назві, якщо існує більше одного багатоатомного іона; єдиним винятком є те, що назва самого іона містить числовий префікс, такий як дихромат або трийодид.

    Написання формул іонних сполук має одну важливу відмінність. Якщо для збалансування загального заряду у формулі потрібно більше одного багатоатомного іона, укладіть в дужки формулу багатоатомного іона і запишіть правильний числовий індекс праворуч і поза дужками. Таким чином, формула між іонами кальцію, Ca 2 +, і нітратними іонами, NO 3 −, правильно написана Ca (NO 3) 2, а не CaNO 32 або CaN 2 O 6. Використовуйте дужки там, де потрібно. Назва цього іонного з'єднання - просто нітрат кальцію.

    Приклад\(\PageIndex{4}\)

    Напишіть правильну формулу і дайте власне ім'я для кожної іонної сполуки, утвореної між двома перерахованими іонами.

    1. NH 4 + та S 2−
    2. Аль 3 + і РО 4 3 −
    3. Fe 2 + і РО 4 3 −
    Рішення
    1. Оскільки іон амонію має 1+ заряд, а сульфідний іон має 2− заряд, нам потрібні два іони амонію, щоб збалансувати заряд на одному сульфідному іоні. Укладаючи формулу іона амонію в дужки, ми маємо (NH 4) 2 S. Назва сполуки - сульфід амонію.
    2. Оскільки іони мають однакову величину заряду, нам потрібен лише один з них, щоб збалансувати заряди. Формула - AlPO 4, а назва з'єднання - фосфат алюмінію.
    3. Жоден заряд не є точним кратним іншому, тому ми повинні перейти до найменш поширеного кратного 6. Щоб отримати 6+, нам потрібні три іони заліза (II), а щоб отримати 6−, нам потрібні два фосфатні іони. Правильна формула - Fe 3 (PO 4) 2, а назва з'єднання - фосфат заліза (II).
    Вправа\(\PageIndex{4}\)

    Напишіть правильну формулу і дайте власне ім'я для кожної іонної сполуки, утвореної між двома перерахованими іонами.

    1. NH 4 + та РО 4 3 −
    2. Co 3 + та NO 2 −
    Відповіді
    1. (NH 4) 3 PO 4, фосфат амонію
    2. Co (NO 2) 3, нітрит кобальту (III)
    Застосування їжі та напоїв: натрій у вашій їжі

    Елемент натрій, принаймні у своїй іонній формі, як Na +, є необхідною поживною речовиною для життя людини. Насправді людський організм становить приблизно 0,15% натрію, причому середня людина має від однієї двадцятої до однієї десятої частини кілограма в будь-який момент часу, в основному в рідині поза клітинами та в інших тілесних рідинях.

    Натрій також присутній в нашому раціоні. Звичайна кухонна сіль, яку ми використовуємо в наших продуктах, - це іонна сполука натрію. Багато оброблених харчових продуктів також містять значну кількість натрію, доданого до них у вигляді різноманітних іонних сполук. Чому так використовуються сполуки натрію? Зазвичай сполуки натрію коштують недорого, але, що більш важливо, більшість іонних сполук натрію розчиняються легко. Це дозволяє виробникам оброблених харчових продуктів додавати натрійсодержащие речовини в харчові суміші і знати, що з'єднання буде розчинятися і рівномірно розподілятися по всій їжі. Прості іонні сполуки, такі як нітрит натрію (NaNO 2), додаються до в'яленого м'яса, такого як бекон та м'ясо в стилі делікатесу, тоді як сполука під назвою бензоат натрію додається до багатьох упакованих продуктів як консервант. У таблиці\(\PageIndex{3}\) наведено неповний перелік деяких натрієвих добавок, що використовуються в їжу. Деякі з них ви можете дізнатися після прочитання цієї глави. Інші ви можете не визнати, але всі вони є іонними сполуками натрію з деякими негативно зарядженими іонами також присутні.

    Таблиця\(\PageIndex{3}\): Деякі сполуки натрію, що додаються до їжі
    Сполука натрію Використання в харчових продуктах
    ацетат натрію консервант, регулятор кислотності
    адипіт натрію харчова кислота
    Альгінат натрію загущувач, рослинна камедь, стабілізатор, желюючий агент, емульгатор
    Натрій фосфат алюмінію регулятор кислотності, емульгатор
    алюмосилікат натрію засіб проти злежування
    аскорбат натрію антиоксидант
    Бензоат натрію запобіжний засіб
    Бікарбонат натрію мінеральна сіль
    бісульфіт натрію консервант, антиоксидант
    Карбонат натрію мінеральна сіль
    Натрій карбоксиметилцелюлоза емульгатор
    цитрати натрію харчова кислота
    дегідроацетат натрію запобіжний засіб
    Еріторбат натрію антиоксидант
    Еріторбін натрію антиоксидант
    Натрію етил-парагідроксибензоат запобіжний засіб
    Ферроціанід натрію засіб проти злежування
    Форміат натрію запобіжний засіб
    Фумарат натрію харчова кислота
    глюконат натрію стабілізатор
    Ацетат водню натрію консервант, регулятор кислотності
    Гідроксид натрію мінеральна сіль
    лактат натрію харчова кислота
    Малат натрію харчова кислота
    метабісульфіт натрію консервант, антиоксидант, відбілюючий засіб
    Метилпарагідроксибензоат натрію запобіжний засіб
    нітрат натрію консервант, фіксатор кольору
    нітрит натрію консервант, фіксатор кольору
    Натрій ортофеніл фенол запобіжний засіб
    пропіонат натрію запобіжний засіб
    Натрію пропілпарагідроксибензоат запобіжний засіб
    Сорбат натрію запобіжний засіб
    Стеароїл лактілат натрію емульгатор
    сукцинати натрію регулятор кислотності, підсилювач смаку
    Натрієві солі жирних кислот емульгатор, стабілізатор, засіб проти злежування
    Сульфіт натрію мінеральна сіль, консервант, антиоксидант
    Сульфіт натрію консервант, антиоксидант
    тартрат натрію харчова кислота
    тетраборат натрію запобіжний засіб

    Використання такої кількості сполук натрію в готових і оброблених харчових продуктах насторожило деяких лікарів і дієтологів. Вони стверджують, що середня людина споживає занадто багато натрію зі свого раціону. Середній людині потрібно лише близько 500 мг натрію щодня; більшість людей споживають більше, ніж це - до 10 разів більше. Деякі дослідження передбачали збільшення споживання натрію при високому кров'яному тиску; нові дослідження показують, що посилання є сумнівним. Однак був поштовх до зменшення кількості натрію, який більшість людей вживають щодня: уникайте оброблених та виготовлених харчових продуктів, читайте етикетки на упакованих продуктах (які містять вказівку на вміст натрію), уникайте надмірного засолювання продуктів та використовуйте інші трави та спеції, крім солі, у приготуванні їжі.

    Харчова етикетка з червоним колом навколо вмісту натрію.
    Малюнок\(\PageIndex{2}\): Етикетки харчових продуктів включають кількість натрію на порцію. Ця конкретна етикетка показує, що в одній порції цього конкретного харчового елемента є 75 мг натрію.

    Ключові виноси

    • Іони утворюються, коли атоми втрачають або набирають електрони.
    • Іонні сполуки мають позитивні іони і негативні іони.
    • Іонні формули врівноважують сумарні позитивні і негативні заряди.
    • Іонні сполуки мають просту систему іменування.
    • Групи атомів можуть мати загальний заряд і складати іонні сполуки.