2.12: Об'єднання атомів для створення молекул та сполук

Last updated
Save as PDF

Page ID: 19090

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

Про єдині атоми, які існують поодинці, - це ті, що належать благородним газам, групі елементів, включаючи гелій, неон, аргон та радон, розташовані в крайньому правому куті таблиці Менделєєва. Навіть простий атом водню в елементарному стані з'єднується разом з іншим атомом водню. Два або більше незаряджених атомів, з'єднаних між собою, називаються молекулою. Як показано на малюнку\(\PageIndex{1}\), молекула водню складається з 2 атомів водню, що позначається хімічною формулою елементарного водню, H ₂. Ця формула стверджує, що молекула елементарного водню складається з 2 атомів водню, показаних індексом 2. Атоми з'єднуються між собою хімічним зв'язком. Як пояснюється в главі 3, атом водню складається з дуже маленького позитивно зарядженого ядра, оточеного набагато більшою хмарою негативного заряду від одного, швидко рухається, електрона. Але, атоми водню більше «задовольняються» 2 електронами. Таким чином, два атоми водню діляться своїми двома електронами, що складають хімічний зв'язок у молекулі водню. Зв'язок, що складається з спільних електронів, - це ковалентний зв'язок.

Хімічні сполуки

Щойно обговорюваний приклад був прикладом, в якому атоми одного елемента, водню, з'єднуються разом, утворюючи молекулу. Більшість молекул складаються з атомів різних елементів, з'єднаних між собою. Прикладом такої молекули є вода, хімічна формула H ₂ O. Ця формула означає те, що молекула води складається з двох атомів водню, пов'язаних з одним атомом кисню, O, де відсутність індексного числа після O вказує на те, що є 1 атом кисню. Молекула води показана на малюнку\(\PageIndex{2}\). Кожен з атомів водню утримується до атома кисню в молекулі води двома спільними електронами в ковалентному зв'язку. Такий матеріал, як вода, в якій два або більше елементів скріплені між собою, називається хімічною сполукою. Саме через величезну кількість комбінацій двох і більше атомів різних елементів можна зробити 20 мільйонів і більше хімічних сполук з менш ніж 100 елементів.

Малюнок\(\PageIndex{2}\). Атоми водню і кисню з'єднуються між собою хімічними зв'язками, утворюючи молекулу води, хімічна формула H ₂ O

Іонні облігації

Щойно обговорювалися дві різні молекули, в яких атоми з'єднуються між собою ковалентними зв'язками, що складаються з спільних електронів. Ще один спосіб, за допомогою якого атоми можуть бути з'єднані між собою, - це передача електронів від одного атома до іншого. Одиночний нейтральний атом має ряд електронів, що оточують його ядро, яке збігається з кількістю протонів в ядрі атома. Але, якщо атом втрачає один або кілька негативно заряджених електронів, він закінчується чистим позитивним електричним зарядом, і атом стає позитивно зарядженим катіоном. Атом, який отримав один або кілька негативно заряджених електронів, досягає чистого негативного заряду і називається аніоном. Катіони та аніони притягуються разом в іонному з'єднанні через їх протилежних електричних зарядів. Протилежно заряджені іони з'єднуються іонними зв'язками в кристалічній решітці.

\(\PageIndex{3}\)На малюнку показано найвідоміше іонне з'єднання, хлорид натрію, NaCl (звичайна кухонна сіль). Хімічна формула NaCl має на увазі, що на кожен Cl припадає 1 Na. При цьому вони складаються з катіонів Na ⁺ і Cl ^- аніонів. Для іонних сполук, таких як NaCl, перша частина назви - це просто метал, що утворює катіон, в даному випадку натрій. Друга частина назви заснована на аніоні, але має закінчення ide. Отже, іонна сполука, що утворюється з натрію і хлору, - це хлорид натрію. Як показано в попередньому прикладі, іонні сполуки можуть складатися з іонів, що складаються з атомів, які втратили електрони (виробляють позитивно заряджені катіони) та інших атомів, які отримали електрони (виробляють негативно заряджені аніони).

Крім заряджених атомів, іони також можуть складатися з груп з декількох атомів з чистим зарядом. Іон амонію, NH ₄ ⁺, є таким іоном. Як показано нижче, катіон NH ₄ ⁺ складається з атомів 4H, ковалентно пов'язаних (2 спільними електронами) з центральним атомом N, причому група з 5 загальних атомів має чистий електричний заряд +1.

Малюнок\(\PageIndex{3}\). Іонні зв'язки утворюються шляхом перенесення електронів і взаємного тяжіння протилежно заряджених іонів в кристалічній решітці.