Fő tartalom

Kémia

Tantárgy/kurzus: Kémia > 1. témakör

3. lecke: Az ionvegyületek neve és képlete

Egyszerű (egyatomos) ionok és ionvegyületek elnevezése

Tanuld meg, hogy hogyan nevezheted el az egyszerű ionokat és az egyszerű ionokat tartalmazó ionvegyületeket, hogyan határozhatod meg az egyszerű ionok töltését, és hogyan értelmezheted a képletüket.

Az atomok elektromosan semlegesek, mivel az atommagban lévő 1+ töltésű protonok száma megegyezik az atommag körül keringő 1- töltésű elektronok számával. Így a protonok pozitív össztöltése kiegyenlíti az elektronok negatív össztöltését, tehát az atom töltése nulla lesz. A legtöbb atom azonban képes elektront felvenni vagy leadni; ebben az esetben az elektronok száma nem egyezik meg az atommagbeli protonok számával. Az így keletkező töltéssel rendelkező részecske az ion.

Kationok és anionok

Amikor egy semleges atom lead egy vagy több elektront, az elektronok száma csökken, míg a protonok száma nem változik. Ennek eredményeként az atom kationná válik – pozitív töltésű ion lesz belőle.

Az ezzel ellentétes folyamat is végbemehet. Amikor egy semleges atom egy vagy több elektront vesz fel, benne az elektronok száma megnő, míg az atommagban lévő protonok száma változatlan marad. Ennek eredményeként az atom anionná válik – negatív töltésű ion lesz belőle. Ennek szemléltetésére vizsgáljunk meg egy-egy nagyon egyszerű kationt és aniont, amelyek úgy keletkeznek, hogy egy hidrogénatom elektron ad le, illetve vesz fel.

Megjegyzés: A hidrogén meglehetősen szokatlan abból a szempontból, hogy kationt és aniont egyaránt könnyedén képez. A legtöbb elem vagy az egyiket vagy a másikat részesíti előnyben. Meg tudod-e magyarázni az elektronszerkezetéből kiindulva, hogy a hidrogén miért tud kationt is és aniont is képezni? Írj bátran megjegyzést a lecke alján!

	space, space, space, space, space, space, space, space, space, start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript, space, space, space, space, space, space, space, space, space	space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, start text, H, end text, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space	space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, start text, H, end text, start superscript, minus, end superscript, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space
Típus	kation	semleges atom	anion
Protonok száma	1	1	1
Elektronok száma	0	1	2
Töltés	1plus	0	1minus

Ha egy semleges hidrogénatom ( start text, H, end text, középen) lead egy elektront, hidrogénkation ( start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript, balra) lesz belőle. Fordított esetben, ha a semleges start text, H, end text-atom felvesz egy elektront, hidrogénanion ( start text, H, end text, start superscript, minus, end superscript, jobbra), másnéven hidridion keletkezik. Kép forrása: Boundless Learning, CC BY-SA 4,0.

A középső oszlopban egy semleges hidrogénatom ábráját látjuk. Egy protont és egy elektront tartalmaz, így az össztöltése nulla. Ha a hidrogén elveszíti az elektronját, start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript-kation keletkezik (bal oldali oszlop). A start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript-kationnak 1+ töltése van az atommagban jelenlévő proton miatt, és nincs elektronja, mely semlegesítené ezt a pozitív töltést. Ha a semleges hidrogén felvesz egy elektront, start text, H, end text, start superscript, minus, end superscript-anionná alakul (jobboldali oszlop). A start text, H, end text, start superscript, minus, end superscript-anionnak 1- töltése van, mivel a protonok számához képest egy plusz elektronja van.

Ellenőrző kérdés: Egy adott ionnak 20 protonja és 18 elektronja van. Melyik elemről van szó, és mennyi a töltése?

[Válasz megjelenítése.]

Egyatomos (egyszerű) kationok és anionok töltésének meghatározása

Tudtad, hogy bizonyos elemek esetén a periódusos rendszer segítségével meg lehet állapítani a képződő ionok töltését? Ez könnyen használható és hatékony eszköz, ezért érdemes részletesen tanulmányozni. A következő ábrán összefoglaltuk a periódusos rendszer nyolc főcsoportbeli elemének jellemző töltését. Emlékezz vissza, hogy a csoportok az oszlopok, míg a sorok a periódusok. Ne feledd, hogy ezek a töltések csak akkor érvényesek, ha az adott elem ionos vegyületben van jelen, mivel a kovalens vegyületek nem tartalmaznak ionokat.

[Mi a különbség a kovalens és az ionos vegyületek között?]

Általános szabály, hogy a főcsoportbeli elemek legtöbbször úgy adnak le vagy vesznek fel elektront, hogy azzal teljesen feltöltött vegyértékhéjat érjenek el. Azzal, hogy meghatározzuk, hogy az adott elemnek a feltöltött elektronhéj eléréséhez mennyi elektront kell leadnia vagy felvennie, megjósolhatjuk az ionjának töltését. Ehhez először is tudnunk kell, hogy mennyi vegyértékelektron van a semleges atomban.

Jó tudni: A semleges atom vegyértékelektronjainak száma megegyezik az új IUPAC csoportszám start color #11accd, 1, end color #11accd-es helyi értéken szereplő számával.

Kationképző elemek

Az 1., 2., 13. és 14. csoportok elemeinek semleges atomjában egytől négyig terjed a vegyértékelektronok száma, és általában ezeket a vegyértékelektronokat leadva hoznak létre iont az itt található elemek. A szén néha kivétel ez alól, ugyanis fel is tud venni négy elektront, hogy start text, C, end text, start superscript, 4, minus, end superscript-aniont képezzen. Mivel a létrejövő ionnak kevesebb elektronja van, mint protonja, az ion össztöltése pozitív lesz. A töltés nagysága megegyezik a leadott elektronok számával, ami egyenlő a semleges atom vegyértékelektronjainak számával.

Például mi a helyzet akkor, ha meg szeretnénk jósolni az alumíniumion töltését? Az alumínium a 13. vagy III. A csoportban van. Mivel a csoport számában, a 1, start color #11accd, 3, end color #11accd-ban az egyesek helyi értékén a start color #11accd, 3, end color #11accd-as szám áll, start color #11accd, 3, end color #11accdstart color #11accd, plus, end color #11accd töltésre számíthatunk, ami start text, A, l, end text, start superscript, 3, plus, end superscript-t ad. Úgy is gondolkodhatunk, hogy a semleges alumíniumatom leadja a három vegyértékelektronját, hogy start text, A, l, end text, start superscript, 3, plus, end superscript-ion képződjön, amelyben a vegyértékhéj teljesen fel van töltve.

[Kapcsolatba hozhatjuk ezt az elektronszerkezettel?]

Anionképző elemek

A 15-17. csoportok esetében a töltés általában negatív, mivel ezek az elemek inkább felvesznek, nem pedig leadnak elektront. Az ion töltése emiatt számértékben megegyezik a teljesen töltött vegyértékhéj-szerkezet eléréséhez szükséges elektronok számával. A töltés nagyságát úgy számolhatjuk ki, ha nyolcból kivonjuk a semleges atom vegyértékelektronjainak számát. A periódusos rendszer segítségével is megtehetjük ezt, ha megszámoljuk, hány oszlopot kell jobbra lépni ahhoz, hogy elérjük a nemesgázokat, a 18. csoportot. Így minden megszámolt oszlop egy-egy elektront jelent, amit fel kell venni ahhoz, hogy a vegyértékhéj 8 elektronnal feltöltődjön.

Ezeket az irányelveket követve megjósolhatjuk a 16. csoportban levő szulfidion (a kén anionja) töltését. Azt várhatjuk, hogy a töltés nagysága 8, minus, 6, equals, 2, mivel a kénnek 6 vegyértékelektronja van. Megállapíthatjuk a vegyértékelektronok számát a kén csoportjának száma alapján is. A 16. csoportban szerepel, ahol az egyesek helyi értékén 6 áll. Ez azt jelenti, hogy a semleges kénatomnak két elektront kell felvennie ahhoz, hogy feltöltse a vegyértékhéját. Ebből arra következtethetünk, hogy a kén ionjai leggyakrabban 2- töltésűek.

Ellenőrző kérdés: Milyen ionvegyület keletkezhet a fémkálium és a folyékony bróm reakciójából?

[Válasz megjelenítése.]

Kationok elnevezése

Most, miután már tudjuk, hogy számos jól ismert elemnek előre meghatározható töltése lehet, gondoljuk végig, hogyan nevezzük el az ionokat! Elsőként tekintsük át az alkálifémeket – a periódusos rendszer 1. csoportjának elemeit! A fenti ábrán láthatjuk, hogy az alkálifémek jellemzően 1+ töltésű kationt képeznek. Így ezek a kationok a következők: start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript, start text, L, i, end text, start superscript, plus, end superscript, start text, N, a, end text, start superscript, plus, end superscript, start text, K, end text, start superscript, plus, end superscript, stb. Ezen ionok elnevezéséhez nem szükséges külön szabály. Például a hidrogén-kationt, start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript, egyszerűen „start text, H, end text-pozitív”-nak vagy „hidrogénionnak” hívjuk. Ehhez hasonlóan a nátrium-kation start text, N, a, end text, start superscript, plus, end superscript, lehet „start text, N, a, end text-pozitív”, „nátrium pozitív” vagy leggyakrabban „nátriumion”. Megjegyezés: felesleges „egyszeresen pozitív nátriumionnak” hívni, mivel tudjuk, hogy a nátriumion általában 1+ töltésű.

Ugyanezt a logikát alkalmazhatjuk más elemeknél is, amelyek jellemzően egyféle töltésű kationt hoznak létre. Például az alkáliföldfémek – tehát a 2. csoport – 2+ töltésű kationokat képeznek: start text, B, e, end text, start superscript, 2, plus, end superscript, start text, M, g, end text, start superscript, 2, plus, end superscript, start text, C, a, end text, start superscript, 2, plus, end superscript, stb. Noha a start text, M, g, end text, start superscript, 2, plus, end superscript-iont gyakran „magnézium kétszeresen pozitív ionnak”, nevezzük, hívhatjuk egyszerűen „magnéziumionnak” is, mivel a magnéziumion töltése köztudott.

Megjegyzés: Ebben a fejezetben főként az önmagukban előforduló kationok elnevezését tárgyaljuk. Ehhez képest a nevezéktan kissé eltér, ha a kation egy ionos vegyületnek része. Az ionvegyületek elnevezését külön, később tárgyaljuk.

Többféle kationt képző elemek

Eddig azokról az elemekről beszéltünk, amelyek jellemzően egy adott töltésű kationt képeznek. Például az alkálifémek és az alkáliföldfémek általában 1+, illetve 2+ töltésű ionokat képeznek. Az átmenetifémek többsége különböző töltésű kationokat hozhat létre. Ezért a periódusos rendszer d-mezőjét fent is „változó töltések” felirattal jelöltük. A vas például start text, F, e, end text, start superscript, 2, plus, end superscript és start text, F, e, end text, start superscript, 3, plus, end superscript-kationként egyaránt gyakori, és néha egyéb töltésekkel is előfordul. Így a vas változó vegyértékű, tehát különböző töltésű kationokat is képezhet.

A króm általában start text, C, r, end text, start superscript, 2, plus, end superscript és start text, C, r, end text, start superscript, 3, plus, end superscript formában képez vegyületet. A bal oldalon látható szürkészöld színű szilárd króm(II)-klorid tulajdonságaiban és reaktivitásában jelentősen eltér a króm(III)-kloridtól, a jobb oldali fényeslila színű szilárd anyagtól. Ezért fontos pontosan megnevezni, hogy melyikre gondolunk! Kép forrása: Maria Sanford.

A változó vegyértékű fémek esetén meg kell adni az ion töltésének nagyságát. Például a start text, F, e, end text, start superscript, 2, plus, end superscript-nek „vas kétszeresen pozitív” vagy „vas kettő” a neve, mivel ha csak egyszerűen „vasion”-ként hivatkozunk rá, nem adunk elegendő információt ahhoz, hogy a kation típusát meg lehessen állapítani. Az átmeneti fémek – azon fémek, melyek a periódusos rendszer középső, d-mezőjében foglalnak helyet – többsége változó vegyértékű. Mivel különböző töltésű kationokat tudnak létrehozni, az ion, illetve az adott iont tartalmazó vegyület elnevezése során a töltés nagyságát meg kell adni.

Az átmenetifém-kationok töltésének nagyságát általában a fém neve után zárójelben, római számmal jelöljük, mint például a króm(II)-klorid esetében is, ami start text, C, r, end text, start superscript, 2, plus, end superscript-t tartalmaz (lásd a jobb oldali képen). Az átmenetifémek kationját tartalmazó vegyületek elnevezéséről később, egy külön bekezdésben részletesebben lesz szó.

Egyatomos (egyszerű) anionok elnevezése

Az egyatomos anionok elnevezésekor legtöbbször -id végződést illesztünk az elem nevéhez. Mivel az elem csoportszámából kikövetkeztethetjük az egyszerű kationok és anionok töltésére, ezért a legtöbb esetben nem szükséges megadnunk az anion töltésének nagyságát. Az alábbi táblázat azt mutatja, hogyan alkalmazzuk a végződést a különböző elemek anionjainak elnevezésekor:

Elem neve	Ion neve	Ion képlete
hidrogén	hidrid	start text, H, end text, start superscript, minus, end superscript
klór	klorid	start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript
bróm	bromid	start text, B, r, end text, start superscript, minus, end superscript
jód	jodid	start text, I, end text, start superscript, minus, end superscript
oxigén	oxid	start text, O, end text, start superscript, 2, minus, end superscript
kén	szulfid	start text, S, end text, start superscript, 2, minus, end superscript
nitrogén	nitrid	start text, N, end text, start superscript, 3, minus, end superscript
foszfor	foszfid	start text, P, end text, start superscript, 3, minus, end superscript
szén	karbid	start text, C, end text, start superscript, 4, minus, end superscript

Egyszerű ionvegyületek jelölése és elnevezése

Most, hogy átnéztük a kationok és anionok elnevezésének szabályait, áttérhetünk arra, hogyan alkalmazhatjuk ezeket, ha egyatomos ionokból felépülő egyszerű ionvegyületeket szeretnénk elnevezni. A következő irányvonalakat alkalmazhatjuk az ionvegyületek elnevezése során:

A kation neve mindig megelőzi az anionét; a kémiai összegképletben szintén a kationt tüntetjük fel elsőként.
Az ionvegyület kationjának nevébe nem foglaljuk bele az ion szót vagy a töltést, csak akkor, ha változó vegyértékű ionról van szó. Ez azt jelenti, hogy csak azt az elemet kell megnevezni, amelyből az ion származik (lásd lejjebb a 2. példánál).
Minden ionvegyület össztöltése nulla. Máshogy fogalmazva, a kationok és anionok mindig olyan arányban kapcsolódnak, hogy egymás töltéseit semlegesítsék.
A képletben a kationok és anionok számának a lehető legkisebb egész számnak kell lennie. Például a nátrium-klorid start text, N, a, C, l, end text, és nem start text, N, a, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, C, l, end text, start subscript, 2, end subscript vagy bármely más többszöröse a start text, N, a, C, l, end text-nak, annak ellenére, hogy a töltések összértéke így is nulla.

Vegyünk néhány további példát:

1. példa: Összegképlet meghatározása a vegyület neve alapján

Mi a kálium-klorid összegképlete?

Emlékezz vissza arra, hogy a kálium az 1. csoport eleme, tehát 1+ töltésű iont képez. A klorid definíció szerint anion, ami klóratomból képződik. Mivel a klór a 17. csoportban található, 1- töltésű aniont képez. Mivel a töltéseik nagysága megegyezik, de ellentétes előjelűek, egy-egy start text, space, K, end text, start superscript, plus, end superscript-ion jut minden egyes start text, space, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript-ionra, és az összegképlet start text, K, C, l, end text lesz. Ne feledd, hogy nem használunk alsó indexet, ha az adott elemből csak egy atom/ion szerepel!

2. példa: Név meghatározása az összegképlet alapján

Mi a neve az start text, M, g, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, P, end text, start subscript, 2, end subscript ionvegyületnek?

A magnézium, start text, M, g, end text, 2. csoportbeli elem, így 2+ töltésű kationt képez. Mivel jellemzően egyféle kationt alakít ki, nem kell megadnunk a töltését. Egyszerűen csak magnéziumnak nevezzük a kationt az ionvegyületben. A foszfor, start text, P, end text, a 15. csoport eleme, így 3- töltésű aniont hoz létre. Mivel anion, az -id végződést kapja, így az ion neve foszfid lesz. Összegezve, a vegyület neve magnézium-foszfid.

Változó vegyértékű kationt tartalmazó ionvegyületek nevezéktana

Emlékezz vissza a korábban tárgyaltakra, hogy ha egy elemből többféle kation keletkezhet, meg kell adnunk a kation töltését. Az átmenetifémek kationjainak töltését általában zárójelbe tett római számmal jelöljük a fém neve után – ez az úgynevezett szisztematikus neve az ionnak. A következő táblázatban a leggyakoribb változó vegyértékű fémek ionjai közül láthatunk néhányat. A szisztematikus nevét valamennyi ionnak feltüntettük. Egyes ionoknak hagyományos vagy triviális neve is van. A hagyományos vagy triviális név ma már régimódinak számít, de néhol még használják, így érdemes ismerni őket. Figyeld meg, hogy a kisebb töltésű ion -o végződést kap a hagyományos nevében, míg a nagyobb töltésű -i végződést. Például ferro-klorid (start text, F, e, C, l, end text, start subscript, 2, end subscript) a start text, F, e, end text, start superscript, 2, plus, end superscript iont tartalmazó vegyület, míg a ferri-klorid a (start text, F, e, C, l, end text, start subscript, 3, end subscript) a start text, F, e, end text, start superscript, 3, plus, end superscript-iont tartalmazó.

Elem	Leggyakoribb ionok	Szisztematikus név	Hagyományos (triviális) név
króm	start text, C, r, end text, start superscript, 2, plus, end superscript	króm(II)
	start text, C, r, end text, start superscript, 3, plus, end superscript	króm(III)
kobalt	start text, C, o, end text, start superscript, 2, plus, end superscript	kobalt(II)
	start text, C, o, end text, start superscript, 3, plus, end superscript	kobalt(III)
réz	start text, C, u, end text, start superscript, plus, end superscript	réz(I)
	start text, C, u, end text, start superscript, 2, plus, end superscript	réz(II)
vas	start text, F, e, end text, start superscript, 2, plus, end superscript	vas(II)	ferro
	start text, F, e, end text, start superscript, 3, plus, end superscript	vas(III)	ferri
ólom	start text, P, b, end text, start superscript, 2, plus, end superscript	ólom(II)
	start text, P, b, end text, start superscript, 4, plus, end superscript	ólom(IV)
ón	start text, S, n, end text, start superscript, 2, plus, end superscript	ón(II)
	start text, S, n, end text, start superscript, 4, plus, end superscript	ón(IV)

A fenti táblázat segítségével figyeld meg, hogyan nevezzük el a változó vegyértékű fémeket tartalmazó ionvegyületeket!

3. példa: Változó vegyértékű kationt tartalmazó vegyületek nevezéktana

Hogy nevezzük a start text, P, b, C, l, end text, start subscript, 4, end subscript vegyületet?

Az átmenetifémet tartalmazó ionvegyületek elnevezése során először meg kell adnunk az átmenetifém-kation töltését. Ezt a töltést a biztosan ismert töltésű anion töltés-hozzájárulásából számíthatjuk ki.

Tudjuk, hogy a start text, C, l, end text a 17. csoportban található halogén, tehát klorid-aniont, start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript-t hoz létre. A start text, P, b, C, l, end text, start subscript, 4, end subscript összegképletből látható, hogy négy kloridion van a vegyületben. A négy kloridion jelenlétéből származó negatív össztöltés a következőképpen számítható ki:

start text, A, n, i, o, n, o, k, b, o, with, \', on top, l, space, a, d, o, with, \', on top, d, o, with, \', on top, space, o, with, \", on top, s, s, z, t, o, with, \", on top, l, t, e, with, \', on top, s, end text, equals, 4, dot, left parenthesis, 1minusright parenthesis, equals, 4minus

Ahhoz, hogy a vegyület elektromosan semleges legyen, az ólom-kationnak start text, P, b, end text, start superscript, 4, plus, end superscript-nak kell lennie. Így az ion 4+ töltése pont semlegesíti a négy kloridion 4- töltését.

Ezekből adódóan a start text, P, b, C, l, end text, start subscript, 4, end subscript neve ólom(IV)-klorid.

Gyakorlás: Változó vegyértékű kationokat tartalmazó ionvegyületek

Hogy nevezzük a start text, C, o, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, end text, start subscript, 3, end subscript vegyületet?

[(1.) segítség]

[(2.) segítség]

Összefoglalás

A kationok semleges atomokból elektronleadással képződő pozitív töltésű ionok; az anionok semleges atomokból elektronfelvétellel képződő negatív töltésű ionok. A közismert egyatomos ionok töltése kikövetkeztethető a periódusos rendszerbeli csoportszámuk alapján. Ugyanakkor számos átmenetifém változó vegyértékű, azaz többféle töltésű iont képezhet. Ezen kationok, vagy az ezeket tartalmazó vegyületek elnevezésekor meg kell adnunk a töltésüket is.

A kationok és anionok reakciójából ionvegyületek keletkeznek. Ionvegyületek elnevezése során elsőként a kationt, majd az aniont nevezzük meg. Ugyanezt követjük az összegképletük felírásakor. Az ionvegyületeknek elektromosan semlegesnek kell lenniük. Emiatt a kationoknak és anionoknak olyan arányban kell kapcsolódniuk, hogy a kationok össztöltése semlegesítse az anionok össztöltését.

[Hivatkozások]

Szeretnél részt venni a beszélgetésben?

Jelentkezz be

Rendezés:

Még nincs hozzászólás.

Tudsz angolul? Kattints ide, ha meg szeretnéd nézni, milyen beszélgetések folynak a Khan Academy angol nyelvű oldalán.