Основно съдържание

Химична библиотека

Курс: Химична библиотека > Раздел 1

Урок 3: Наименования и формули на йонни съединения

Многоатомни йони

Как да именуваме йонни съединения, които съдържат често срещани многоатомни йони

В тази статия, ще говорим за полиатомните йони. Представката "поли-" означава "много", така че полиатоимен йон е йон, който съдържа повече от един атом. Ето защо се наричат също и многоатомни йони. Броят на атомите в йона представлява разликата между полиатомните йони и едноатомните йони, които съдържат по един атом. Примери за едноатомни йони са start text, N, a, end text, start superscript, plus, end superscript start text, F, e, end text, start superscript, 3, plus, end superscript, start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript и много, много други. В тази статия предполагаме, че читателят има познания за основните едноатомни йони, както и за конвенциите за именуване на йонни съединения и записване на химичните им формули.

За преговор по тези теми виж статията за моноатомни йони и наименуване на йонни съединения.

Полиатомните йони са навсякъде! Тебеширът се състои от калциев карбонат, start text, C, a, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript, който съдържа калциеви катиони start text, C, a, end text, start superscript, 2, plus, end superscript и карбонатни аниони start text, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript, start superscript, 2, minus, end superscript, които са полиатомни йони. Източник на изображението: Alice on Flickr, CC BY-NC-ND 2,0

Структура на многоатомните йони

Можем да разгледаме многоатомните йони, като ги съпоставим с едноатомните йони. Един едноатомен йон се йонизира, като приема или отдава електрони. Този йон има заряд, тъй като броят на електроните в него не е равен на общия брой на протоните в ядрото. Йонът притежава повече електрони в сравнение с неутралния атом (в случай на отрицателно зареден анион) или по-малко електрони (в случай на положително зареден катион). Например един неутрален атом хлор има атомен номер 17, което означава, че има 17 протона и 17 електрона. Неутралният атом понякога приема допълнителен електрон и се образува хлориден анион start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript:

space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, start color #11accd, start text, C, l, end text, end color #11accd, space, space, space, plus, space, space, space, e, start superscript, minus, end superscript, space, space, space, right arrow, space, space, space, start color #aa87ff, start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript, end color #aa87ff

space, space, space, space, start color #11accd, 17, start text, е, л, е, к, т, р, о, н, а, end text, end color #11accd, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, start color #aa87ff, 18, start text, е, л, е, к, т, р, о, н, а, end text, end color #aa87ff
space, space, space, space, space, 17, start text, п, р, о, т, о, н, а, end text, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, 17, start text, п, р, о, т, о, н, а, end text

След като приеме електрон, хлоридният анион има 17 протона и 18 електрона. Тъй като има един електрон повече, йонът има заряд 1-.

Можем да си представяме многоатомните йони като молекула, която е йонизирана заради приемането или отдаването на електрони. В един многоатомен йон групата ковалентно свързани атоми притежава заряд, защото общиян брой електрони в молекулата не е равен на общия брой протони в нея. Когато правим Люисови точкови структури, общият заряд на многоатомния йон е равен на сумата от условните заряди на всеки атом в този йон.

[Какво е условен заряд?]

Люисова структурна формула на хидроксиден йон. Точките около start text, O, end text представят три несподелени двойки електрони, а чертичката между start text, H, end text и start text, O, end text показва ковалентна връзка, съдържаща два споделени електрона. Общият заряд на многоатомния йон е 1-, което е указано в горния десен ъгъл на скобите. Източник на изображението: Wikimedia Commons, CC BY-SA 3,0

Да вземем например многоатомния йон start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, познат като хидроксиден. Отляво виждаме точкова структура на хидроксиден йон. Той съдържа един атом кислород и един атом водород. Единичната чертичка между тях съответства на ковалентната връзка, която съдържа два електрона, споделени между start text, H, end text и start text, O, end text. Точките около start text, O, end text представляват несподелените двойки електрони. В хидроксида кислородът има три несподелени двойки електрони, което прави общо шест електрона.

Общият заряд на хидроксидния йон се отбелязва с поставяне на цялата точкова структура в квадратни скоби със заряда в горния десен ъгъл. Виждаме, че хидроксидът има заряд 1-, което означава, че електроните в йона са с един повече от общия брой протони в ядрата на водородния атом и на кислородния атом.

Концептуална проверка: колко протони и електрони има в един хидроксиден йон?

[Покажи отговора.]

Често срещани многоатомни йони

Многоатомните йони са навсякъде! Бикарбонатните йони start text, H, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript, start superscript, minus, end superscript спомагат за поддържане на нивото на рН на кръвта ни, а фосфатите start text, P, O, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, 3, minus, end superscript са изключително важни за протичането на различни метаболитни процеси. За да разпознаваш йонните съединения и да предвиждаш техните химични свойства, ще ти бъде полезно да се запознаеш с най-често среащаните многоатомни йони. В таблицата са изброени някои от често срещаните многоатомни йони.

\begin{array}{c c | c c} \textbf{Формула} & \textbf{Наименование} & \textbf{Формула} & \textbf{Наименование}\\ \hline \text{Hg}_2^{2+} & \text{Живак(I)} & \text{SCN}^- & \text{Тиоцианат} \\ \text{NH}_4^+ & \text{Амоний} & \text{CO}_3^{2-} & \text{Карбонат} \\ \text{NO}_2^- & \text{Нитрит} & \text{HCO}_3^- & \text{Хидрокарбонат (бикарбонат*)} \\ \text{NO}_3^- & \text{Нитрат} & \text{ClO}^- & \text{Хипохлорит} \\ \text{SO}_3^{2-} & \text{Сулфит} & \text{ClO}_2^- & \text{Хлорит} \\ \text{SO}_4^{2-} & \text{Сулфат} & \text{ClO}_3^- & \text{Хлорат} \\ \text{HSO}_4^- & \text{Хидросулфат (бисулфат*)} & \text{ClO}_4^- & \text{Перхлорат} \\ \text{OH}^- & \text{Хидроксид} & \text{C}_2\text{H}_3\text{O}_2^-(\text{or CH}_3\text{COO}^{-})& \text{Ацетат} \\ \text{CN}^- & \text{Цианид} & \text{MnO}_4^- & \text{Перманганат} \\ \text{PO}_4^{3-} & \text{Фосфат} & \text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} & \text{Дихромат} \\ \text{HPO}_4^{2-} & \text{Хидрофосфат} & \text{CrO}_4^{2-} & \text{Хромат} \\ \text{H}_2\text{PO}_4^- & \text{Дихидрофосфат} & \text{O}_2^{2-} & \text{Пероксид} \\ & & \text{C}_2\text{O}_4^{2-} & \text{Оксалат} \end{array}

* Неофициално, но широко използвано наименование.

До края на статията ще говорим за многоатомните йони в тази таблица!

[Как да запомня ТОЛКОВА МНОГО йони?!]

Наименования и химични формули на съединенията, съдържащи многоатомни йони

Вероятно можем да намерим многоатомни йони в кухнята! Готварска сода е често използвано име на натриевия бикарбонат, start text, N, a, H, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript, който съдържа бикарбонатен йон start text, H, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript, start superscript, minus, end superscript. Източник на изображението: pixabay, CC0 1.0

След като имаме отправна точка за много от често срещаните многоатомни йони, нека видим как ще назовем и запишем химическите формули на съединенията, които ги съдържат. Две са основните неща, които да имаме предвид:

Ако едно съединение съдържа повече от един многоатомен йон от един и същи вид, трябва да оградим със скоби формулата на йона, след което използваме индекс, за да отбележим колко йона от този вид има в съединението.
Общият заряд на йонното съединение трябва да бъде неутрален, което означава, че сумата на зарядите на катионите и на анионите трябва да бъде нула. Можем да използваме това правило, за да намерим формулата на йонно съединение, за което знаем заряда на аниона и на катиона. Това правило може да бъде полезно и когато извеждаме заряда на йона от химичната формула на йонното съединение.

Нека разгледаме няколко примера.

Пример 1: Определяне на химичната формула от името на съединението

Каква е химическата формула на калциевия хидроксид?

Калцият е алкалоземен метал от Група 2 на периодичната система и като такъв образува йони със заряд 2+. От нашата таблица знаем, че хидроксидът има формула start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript и заряд 1-. Ще ни трябват два хидроксидни йона, за да балансираме зарядът 2+ на start text, C, a, end text, start superscript, 2, plus, end superscript. Когато пишем формулата, поставяме скоби около start text, O, H, end text, последвани от индекс 2, за да е ясно, че за всеки катион start text, C, a, end text, start superscript, 2, plus, end superscript има по два хидроксидни йона. Така химичната формула на съединението е start text, C, a, left parenthesis, O, H, right parenthesis, end text, start subscript, 2, end subscript.

Концептуална проверка: защо start text, C, a, O, H, end text, start subscript, 2, end subscript е неправилна формула за калциев хидроксид?

[Покажи отговора.]

Пример 2: Именуване на йонни съединения, които съдържат многоатомни йони

Какво е името на съединение с формула start text, N, i, end text, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, start text, P, O, end text, start subscript, 4, end subscript, right parenthesis, start subscript, 2, end subscript?

Когато именуваме йонните съединения, е полезно първо да разделим формулата на катион/и и анион/и. В това съединение катионът е базиран на никел. Никелът е преходен метал, който може да образува няколко вида катиони с различен заряд. Това означава, че ще трябва да разберем заряда на никеловия йон в това конкретно съединение, за да можем да го конкретизираме, когато именуваме йонното съединение! За наш късмет знаем заряда на аниона: фосфатът е многоатомен йон, който винаги има заряд 3-. Тъй като общият заряд на йонното съединение трябва да е нула, можем да използваме химичната формула и заряда на фосфата, за да изчислим заряда на никеловия йон:

$\text{Общ заряд}=0= (\text{брой катиони}\cdot\greenD{\text{заряд на катиона}})+(\text{брой аниони}\cdot\text{заряд на аниона})$ start text, О, б, щ, space, з, а, р, я, д, end text, equals, 0, equals, left parenthesis, start text, б, р, о, й, space, к, а, т, и, о, н, и, end text, dot, start color #1fab54, start text, з, а, р, я, д, space, н, а, space, к, а, т, и, о, н, а, end text, end color #1fab54, right parenthesis, plus, left parenthesis, start text, б, р, о, й, space, а, н, и, о, н, и, end text, dot, start text, з, а, р, я, д, space, н, а, space, а, н, и, о, н, а, end text, right parenthesis

Ако преработим това уравнение, виждаме, че сумата от зарядите на катионите трябва да е равна на minus, 1, умножено по сумата от зарядите на анионите.

$\text{брой катиони}\cdot\greenD{\text{заряд на катиона}}=-1 \cdot(\text{брой аниони}\cdot\text{заряд на аниона})$ start text, б, р, о, й, space, к, а, т, и, о, н, и, end text, dot, start color #1fab54, start text, з, а, р, я, д, space, н, а, space, к, а, т, и, о, н, а, end text, end color #1fab54, equals, minus, 1, dot, left parenthesis, start text, б, р, о, й, space, а, н, и, о, н, и, end text, dot, start text, з, а, р, я, д, space, н, а, space, а, н, и, о, н, а, end text, right parenthesis

Можем да заместим с известните ни стойности за броя на катионите и анионите (от химичната формула) и за заряда на анионите, след което да намерим заряда на никела:

$\begin{aligned}\text{3}\cdot\greenD{\text{заряд на катиона}}&=-1\cdot (\text{2}\cdot{3-})=6+ \\ \\ \greenD{\text{заряд на катиона}}&=\dfrac{6+}{3}=2+\end{aligned}$

Сега знаем, че катионът в нашето съединение е никел (II). За да получим името на цялото съединение, започваме с името на катиона със заряда, поставен в скоби с римски цифри, а след това е ред на името на аниона.

Следователно името на съединението е никел (II) фосфат.

Пример 3: Разлагане на йонни съединения до йони

Кои са съставните йони в йонното съединение start text, C, a, left parenthesis, M, n, O, end text, start subscript, 4, end subscript, right parenthesis, start subscript, 2, end subscript?

Определи формулата, заряда и броя на всеки йон.

Когато анализираме формулата на едно йонно съединение, първо търсим познати йони в неговата формула. В този случай забелязваме, че start text, M, n, O, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, minus, end superscript, перманганат, е един от многоатомните йони в нашата таблица. В това съединение виждаме, че има два перманганатни йона.

[Как разбираме, че има 2 йона перманганат?]

Тъй като перманганатът има заряд 1-, това означава, че допринася заряд 2, dot, left parenthesis, 1minus, right parenthesis, equals, 2minus към йонното съединение. Спомни си, че във всички йонни съединения общият заряд трябва да бъде нула. Следователно калцият трябва да присъства като катион start text, C, a, end text, start superscript, 2, plus, end superscript, за да балансира зарядът 2- от двата start text, M, n, O, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, minus, end superscript йона.

За да проверим нашите разсъждения, можем да се запитаме "Дали калцият обичайно образува катиони със заряд 2+?" Тъй като start text, C, a, end text е метал от втора група, обикновено той отдава два електрона и образува катиони 2+. Така нашият отговор съответства на знанието ни за химичните свойства, ура!

Следователно йонното съединение start text, C, a, left parenthesis, M, n, O, end text, start subscript, 4, end subscript, right parenthesis, start subscript, 2, end subscript съдържа един start text, C, a, end text, start superscript, 2, plus, end superscript катион и два start text, M, n, O, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, minus, end superscript aниона.

Често е полезно да можем да разложим едно йонно съединение на съставните му йони. Един пример за такава ситуация е, когато йонното съединение се разтваря във вода и протича реакция. Много йонни съединения са разтворими във вода, и съставните йони се дисоциират в разтвора. Разложените йони може след това да изчезнат и да участват в реакции независимо от другите йони в първоначалното йонно съединение.

Заключение

Точно както йоните се образуват, когато неутралните атоми спечелят или загубят електрони, многоатомните йони се образуват, когато една неутрална молекула присъедини или отдаде електрони. Следователно многоатомният йон представлява група от ковалентно свързани атоми, която има общ заряд поради факта, че общият брой на електроните в молекулата не е равен на общия брой протони в молекулата. В точковата структура на Люис на един многоатомен йон сумата на условните заряди на всички атоми трябва да е равна на общия заряд на йона.

За да разпознаваш йонните съединения и за да предвиждаш техните химични свойства, ще ти бъде полезно да се запознаеш с най-разпространението многоатомни йони. Изучаването на всички многоатомни йони може да изглежда страшно, но всъщност има модели за формулите, имената и зарядите на много йони. Тези модели могат да бъдат научени, затова не е необходимо да запомняш всички йони.

Бонус: След като вече познаваш многоатомните йони, можеш да изиграеш изграта "Намери многоатомния йон", в която трябва да намериш примери за съединения, които използваме в ежедневието, които съдържат многоатомни йони. В тази статия дадохме пример с готварската сода и тебешира. Можеш ли да намериш още? Подсказка: провери съставките на своя лосион, шампоан или паста за зъби. Можеш да напишеш отговорите си като коментар!

[Източници и препратки]

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Вписване в профила

Сортирай по:

Все още няма публикации.

Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.