Fő tartalom

Tantárgy/kurzus: Kémia könyvtár > 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!

	$H^{+}$ ‍	$H$ ‍	$H^{-}$ ‍
Típus	kation	semleges atom	anion
Protonok száma	$1$ ‍	$1$ ‍	$1$ ‍
Elektronok száma	$0$ ‍	$1$ ‍	$2$ ‍
Töltés	$1$ ‍ $+$ ‍	$0$ ‍	$1$ ‍ $-$ ‍

Ha egy semleges hidrogénatom ( $H$ ‍, középen) lead egy elektront, hidrogénkation ( $H^{+}$ ‍, balra) lesz belőle. Fordított esetben, ha a semleges $H$ ‍-atom felvesz egy elektront, hidrogénanion ( $H^{-}$ ‍, 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,

H^{+}

-kation keletkezik (bal oldali oszlop). A

H^{+}

-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,

H^{-}

-anionná alakul (jobboldali oszlop). A

H^{-}

-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?

Mivel az ionnak 20 protonja van, a kérdéses elem a kálcium,

Ca

, mert ennek a rendszáma 20. A 20 proton összesen 20+ töltést jelent, és a 18 elektron összesen 18- töltést:

\begin{aligned} Protonok töltése : 20 \cdot (1 +) & = 20 + \\ Elektronok töltése : 18 \cdot (1 -) & = 18 - \\ Nettó töltés : (20 +) + (18 -) & = 2 + \end{aligned}

Így az ion nettó töltése 2+. A 2+ töltésű kálciumiont a következőképpen írhatjuk fel:

{Ca}^{2 +}

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.

Az ionvegyületek olyan ionokból állnak, melyeket az ellentétes ionok között kialakuló ionos kötések tartanak össze.

A kovalens vegyületekben az elektronok megoszlanak a kovalens kötésben, így nincsenek valós, töltéssel rendelkező ionok. Ennek ellenére a kovalens vegyületek elemeit oxidációs állapottal vagy oxidációs számmal jellemezhetjük, melyek egy látszólagos töltéshez hasonlóak. Az oxidációs számot értelmezhetjük úgy, hogy mennyi lenne az adott elem töltése, ha a kovalens kötésben jelen lévő elektron teljesen eltolódna az elektronegatívabb atom felé. Ha többet szeretnél tudni az oxidációs állapotról, nézd meg ezt a videót az oxidációs állapotokról és alkalmazásukról.

Fontos felismerni, hogy az ionos és kovalens kötések elkülönítése nem mindig egyértelmű. Ahelyett, hogy a kötéseket a kettő közül az egyik kategóriába sorolnánk, közelebb áll a valósághoz, ha átmenetet képzelünk el az ionos és kovalens kötésű vegyületek között. Számos vegyület tartalmaz olyan kötéseket, melyeknek részben kovalens, részben ionos jellege van.

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 $1$ ‍-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

C^{4 -}

-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

13

-ban az egyesek helyi értékén a

3

-as szám áll,

3

+

töltésre számíthatunk, ami

{Al}^{3 +}

-t ad. Úgy is gondolkodhatunk, hogy a semleges alumíniumatom leadja a három vegyértékelektronját, hogy

{Al}^{3 +}

-ion képződjön, amelyben a vegyértékhéj teljesen fel van töltve.

Igen! Amikor arról beszélünk, hogy az atomok elektronokat vesznek fel, vagy adnak le annak érdekében, hogy feltöltött vegyértékhéjuk legyen, úgy is gondolhatunk a folyamatra, hogy az atom elektronokat vesz fel vagy ad le azért, hogy elérje a hozzá legközelebb eső nemesgázzal azonos vegyértékhéj szerkezetet.

Jelenlegi példánknak, az

{Al}^{3 +}

-ionnak ugyanolyan az elektronszerkezete, mint a neon,

Ne

, nemesgáznak. Mindkettőnek a következő a vegyértékhéj szerkezete:

${1s}^{2} {2s}^{2} {2p}^{6}$ ‍

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 - 6 = 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?

A fémkálium az 1. csoportba tartozó alkálifém, így általában 1+ töltésű kationt,

K^{+}

-t képez.

A bróm, mint 17. csoportba tartozó halogén, általában 1- töltésű aniont,

{Br}^{-}

-t képez.

Mivel a fenti ionok töltései egyenlő nagyságúak, de ellentétes előjelűek, 1:1 arányban kapcsolódnak, ezzel egymás töltését kioltják. Ez alapján azt feltételezhetjük, hogy a képződő ionvegyület

KBr

(kálium-bromid).

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:

H^{+}

{Li}^{+}

{Na}^{+}

K^{+}

, stb. Ezen ionok elnevezéséhez nem szükséges külön szabály. Például a hidrogén-kationt,

H^{+}

, egyszerűen „

H

-pozitív”-nak vagy „hidrogénionnak” hívjuk. Ehhez hasonlóan a nátrium-kation

{Na}^{+}

, lehet „

Na

-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:

{Be}^{2 +}

{Mg}^{2 +}

{Ca}^{2 +}

, stb. Noha a

{Mg}^{2 +}

-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

{Fe}^{2 +}

és

{Fe}^{3 +}

-kationként egyaránt gyakori, és néha egyéb töltésekkel is előfordul. Így a vas változó vegyértékű, tehát különböző töltésű kationokat is képezhet.

A króm általában ${Cr}^{2 +}$ ‍ és ${Cr}^{3 +}$ ‍ 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

{Fe}^{2 +}

-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

{Cr}^{2 +}

-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	$H^{-}$ ‍
klór	klorid	${Cl}^{-}$ ‍
bróm	bromid	${Br}^{-}$ ‍
jód	jodid	$I^{-}$ ‍
oxigén	oxid	$O^{2 -}$ ‍
kén	szulfid	$S^{2 -}$ ‍
nitrogén	nitrid	$N^{3 -}$ ‍
foszfor	foszfid	$P^{3 -}$ ‍
szén	karbid	$C^{4 -}$ ‍

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 $NaCl$ ‍, és nem ${Na}_{2} {Cl}_{2}$ ‍ vagy bármely más többszöröse a $NaCl$ ‍-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

K^{+}

-ion jut minden egyes

{Cl}^{-}

-ionra, és az összegképlet

KCl

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 ${Mg}_{3} P_{2}$ ‍ ionvegyületnek?

A magnézium,

Mg

, 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,

P

, 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 (

{FeCl}_{2}

) a

{Fe}^{2 +}

iont tartalmazó vegyület, míg a ferri-klorid a (

{FeCl}_{3}

) a

{Fe}^{3 +}

-iont tartalmazó.

Elem	Leggyakoribb ionok	Szisztematikus név	Hagyományos (triviális) név
króm	${Cr}^{2 +}$ ‍	króm(II)
	${Cr}^{3 +}$ ‍	króm(III)
kobalt	${Co}^{2 +}$ ‍	kobalt(II)
	${Co}^{3 +}$ ‍	kobalt(III)
réz	${Cu}^{+}$ ‍	réz(I)
	${Cu}^{2 +}$ ‍	réz(II)
vas	${Fe}^{2 +}$ ‍	vas(II)	ferro
	${Fe}^{3 +}$ ‍	vas(III)	ferri
ólom	${Pb}^{2 +}$ ‍	ólom(II)
	${Pb}^{4 +}$ ‍	ólom(IV)
ón	${Sn}^{2 +}$ ‍	ón(II)
	${Sn}^{4 +}$ ‍	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 ${PbCl}_{4}$ ‍ 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

Cl

a 17. csoportban található halogén, tehát klorid-aniont,

{Cl}^{-}

-t hoz létre. A

{PbCl}_{4}

összegképletből látható, hogy négy kloridion van a vegyületben. A négy kloridion jelenlétéből származó negatív össztöltés a következőképpen számítható ki:

$Anionokból adódó össztöltés = 4 \cdot (1$ ‍ $-$ ‍ $) = 4$ ‍ $-$ ‍

Ahhoz, hogy a vegyület elektromosan semleges legyen, az ólom-kationnak

{Pb}^{4 +}

-nak kell lennie. Így az ion 4+ töltése pont semlegesíti a négy kloridion 4- töltését.

Ezekből adódóan a

{PbCl}_{4}

neve ólom(IV)-klorid.

Gyakorlás: Változó vegyértékű kationokat tartalmazó ionvegyületek

Hogy nevezzük a ${Co}_{2} S_{3}$ ‍ vegyületet?

Ennek a vegyületnek az anionja az

S^{2 -}

, amit szulfidnak hívunk. A kémiai összegképletből láthatjuk, hogy három szulfidion van jelen ebben a vegyületben. Így ebből a három szulfidionból 6- töltés adódik:

3 \cdot (2

-

) = 6

-

Annak érdekében, hogy a vegyület elektromosan semleges legyen, a két

Co

-kation össztöltésének (6+)-nak kell lennie. Ezért a kobalt csak kobalt(III), vagy

{Co}^{3 +}

lehet, mivel a kobaltionokból származó teljes töltés csak így egyenlítheti ki az anionok töltését:

2 \cdot (3

+) = 6

+

Összegezve, a válasz kobalt(III)-szulfid.

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.

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.