Fő tartalom

Kémia

Tantárgy/kurzus: Kémia > 1. témakör

3. lecke: Az ionvegyületek neve és képlete

Összetett ionok

Hogyan nevezzük el az összetett ionokat tartalmazó ionvegyületeket?

Ebben a leckében az összetett ionokról fogunk tanulni. Az összetett ionok olyan ionok, amelyek egynél több atomból épülnek fel. Ez különbözteti meg őket az egyszerű ionoktól, amelyek csak egy atomból állnak. Egyszerű ion pl. a 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, stb. Ahhoz, hogy jól megértsd, amit ebben a leckében tanulni fogsz, szükséges, hogy ismerd az egyszerű egyatomos ionokat, valamint az ionvegyületek elnevezésének és képletbe történő felírásának szabályait.

Ha szeretnéd átismételni ezeket a témákat, nézd meg az Egyszerű ionok és ionvegyületek elnevezése című leckét.

Összetett ionok mindenhol! A krétát kalcium-karbonát, start text, C, a, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript alkotja, amely kalcium-kationokból, start text, C, a, end text, start superscript, 2, plus, end superscript, valamint összetett karbonát-anionokból, start text, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript, start superscript, 2, minus, end superscript áll. Kép: Alíz-Flickr, CC BY-NC-ND 2,0.

Az összetett ionok szerkezete

Hasonlítsuk össze az összetett ionokat az egyszerűekkel! Az egyszerű ionok atomokból, elektronfelvételével vagy leadásával képződhetnek. Az ionoknak töltésük van, mert az elektronok száma nem egyenlő az atommagban lévő protonok számával. Tehát a semleges atomokhoz viszonyítva elektrontöbblet lép fel – a negatív töltésű anion esetében – vagy elektronhiány – a pozitív töltésű kation esetében. Például a semleges klóratom tömegszáma 17, ami azt jelenti, hogy 17 protonja és 17 elektronja van. A semleges atom felvehet egy plusz elektront, ami által kloridionná, start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript, alakul:

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, e, l, e, k, t, r, o, n, 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, e, l, e, k, t, r, o, n, end text, end color #aa87ff
space, space, space, space, space, 17, start text, p, r, o, t, o, n, end text, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, 17, start text, p, r, o, t, o, n, end text

Elektronfelvétellel a klór-anionnak 17 protonja és 18 elektronja van. Mivel a protonok számához képest eggyel több elektronja van, ezért az ion töltése 1-.

Hasonlóan a fentiekhez, úgy tekinthetjük, hogy az összetett ionok molekulákból, elektronfelvétellel vagy leadással képződhetnek. Az összetett ionokban a kovalens kötéssel kapcsolódó atomcsoportnak töltése van, mivel a molekula elektronjainak száma nem egyenlő a molekula protonjainak számával. Amikor Lewis-képleteket írunk fel, az összetett ion töltése megegyezik az ezt alkotó atomok formális töltésének összegével.

[Mi a formális töltés?]

Vegyük például a többatomos hidroxidiont, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript. Bal oldalon látjuk a hidroxidion Lewis-féle képletét, amely egy oxigén- és egy hidrogénatomot tartalmaz. A vonal a kovalens kötést jelöli, amelyben két elektron oszlik meg a start text, H, end text és az start text, O, end text között. Az start text, O, end text körüli pontok pedig a nemkötő elektronpárokat jelentik. A hidroxidionban az oxigénnek három nemkötő elektronpárja van, amely összesen hat nemkötő elektront eredményez.

A hidroxidion töltését úgy jelöljük, hogy az egész Lewis-féle képletet szögletes zárójelbe tesszük, és a jobb felső sarokba írjuk a töltését. Látjuk, hogy a hidroxidionnak 1- a töltése, ami azt jelenti, hogy az ionban eggyel több elektron található, mint ahány proton van a hidrogén és az oxigén atommagjában.

Fogalom-ellenőrzés: hány protonja és elektronja van a hidroxidionnak?

[Válasz megjelenítése.]

Gyakori összetett ionok

Összetett ionokat bárhol találhatunk! A hidrogén-karbonát-ion, start text, H, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript, start superscript, minus, end superscript, segít a vér pH-értékének fenntartásában, míg a foszfátok, start text, P, O, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, 3, minus, end superscript, számos anyagcsere-folyamatban nélkülözhetetlenek. A leggyakoribb összetett ionok nevének ismerete segít abban, hogy felismerd az ionvegyületeket és megjósold a reakcióképességüket. Az alábbi táblázatban felsoroltunk néhány gyakori összetett iont.

\begin{array}{c c | c c} \textbf{Képlet} & \textbf{Név} & \textbf{Képlet} & \textbf{Név}\\ \hline \text{Hg}_2^{2+} & \text{Higany(I)ion} & \text{SCN}^- & \text{Tiocianátion} \\ \text{NH}_4^+ & \text{Ammóniumion} & \text{CO}_3^{2-} & \text{Karbonátion} \\ \text{NO}_2^- & \text{Nitrition} & \text{HCO}_3^- & \text{Hidrogén-karbonát-ion (bikarbonátion*)} \\ \text{NO}_3^- & \text{Nitrátion} & \text{ClO}^- & \text{Hipoklorition} \\ \text{SO}_3^{2-} & \text{Szulfition} & \text{ClO}_2^- & \text{Klorition} \\ \text{SO}_4^{2-} & \text{Szulfátion} & \text{ClO}_3^- & \text{Klorátion} \\ \text{HSO}_4^- & \text{Hidrogén-szulfát-ion (biszulfátion*)} & \text{ClO}_4^- & \text{Perklorátion} \\ \text{OH}^- & \text{Hidroxidion} & \text{C}_2\text{H}_3\text{O}_2^-(\text{vagy CH}_3\text{COO}^{-})& \text{Acetátion} \\ \text{CN}^- & \text{Cianidion} & \text{MnO}_4^- & \text{Permanganátion} \\ \text{PO}_4^{3-} & \text{Foszfátion} & \text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} & \text{Dikromátion} \\ \text{HPO}_4^{2-} & \text{Hidrogén-foszfát-ion} & \text{CrO}_4^{2-} & \text{Kromátion} \\ \text{H}_2\text{PO}_4^- & \text{Dihidrogén-foszfát-ion} & \text{O}_2^{2-} & \text{Peroxidion} \\ & & \text{C}_2\text{O}_4^{2-} & \text{Oxalátion} \end{array}

* Nem hivatalos, köznapi név.

A lecke hátralévő részében a táblázatban lévő ionokra fogunk utalni!

[Hogyan tudnék ILYEN SOK ionra emlékezni?!]

Összetett ionokat tartalmazó vegyületek neve és képlete

Most, hogy megismertünk néhány gyakori összetett iont, nézzük meg, hogyan nevezzük el vegyületeiket és hogyan írjuk fel képleteiket. Két dolgot érdemes figyelembe venni:

Ha egy vegyület egy adott összetett ionból többet is tartalmaz, akkor zárójelbe tesszük az ion képletét, majd alsó indexben jelöljük, hogy mennyi van belőle.
Az ionvegyületek a töltésüket tekintve mindig semlegesek, ami azt jelenti, hogy a kationok és az anionok töltéseinek összege mindig nulla. Ezt a szabályt alkalmazhatjuk, ha egy ionvegyület képletét szeretnénk meghatározni a kation és az anion töltésének ismeretében, valamint akkor is, ha az ionvegyület képlete ismert és az ion töltését szeretnénk megtudni.

Nézzünk néhány példát!

1. példa: Összegképlet meghatározása a vegyület neve alapján

Mi a kalcium-hidroxid összegképlete?

A kalcium alkáliföldfém − a periódusos rendszer 2. főcsoportjában található −, tehát 2+ töltésű ionokat képez. A táblázatunkból láthatjuk, hogy a hidroxidion képlete start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, töltése 1-, tehát két hidroxidionra lesz szükségünk ahhoz, hogy kiegyenlítsük a 2+ töltésű start text, C, a, end text, start superscript, 2, plus, end superscript-iont. A képlet felírásakor az start text, O, H, end text-t zárójelbe tesszük, ezután 2-t írunk az alsó indexbe. Így egyértelműen látszik, hogy két hidroxidion jut minden start text, C, a, end text, start superscript, 2, plus, end superscript kationra, azaz a vegyület összegképlete start text, C, a, left parenthesis, O, H, right parenthesis, end text, start subscript, 2, end subscript.

Fogalom-ellenőrzés: Miért helytelen start text, C, a, O, H, end text, start subscript, 2, end subscript formában megadni a kalcium-hidroxid képletét?

[Válasz megjelenítése.]

2. példa: Összetett ionokat tartalmazó ionvegyületek elnevezése

Mi a neve annak vegyületnek, amelynek képlete 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?

Az ionvegyületek elnevezésekor segíthet, ha a képletet kation(ok)ra és anion(ok)ra bontjuk. Ebben a vegyületben a kation nikkelből származik. A nikkel átmenetifém, amely különböző töltésű ionokat képez. Ez azt jelenti, hogy ebben a vegyületben ki kell számolnunk a nikkelion töltését, amit így megadhatunk a vegyület elnevezése során. Szerencsére jelen esetben ismerjük az anion töltését: a foszfátion összetett ion, amelynek a töltése mindig 3-. Mivel az ionvegyület össztöltése nulla, így a foszfátion képletének és töltésének felhasználásával ki tudjuk számítani a nikkelion töltését:

$\text{Nettó töltés}=0= (\text{# kationok}\cdot\greenD{\text{kation töltése}})+(\text{# anionok}\cdot\text{anion töltése})$

Ha ezt az egyenletet átrendezzük, látható, hogy a kationokból származó töltések összegének egyenlőnek kell lennie az anionokból származó töltések összegének minus, 1-szeresével.

$\text{# kationok}\cdot\greenD{\text{kation töltése}}=-1 \cdot(\text{# anionok}\cdot\text{anion töltése})$

A kationok és anionok ismert együtthatóit – melyek adottak a képletből –, valamint az anion töltését behelyettesítve megkapjuk a nikkel töltését:

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

Most már tudjuk, hogy vegyületünk kationja a nikkel(II)ion. A teljes vegyületet úgy nevezzük el, hogy a kation neve után zárójelben jelöljük a római számokkal írt töltését, majd ezt követi az anion neve.

Így a vegyület neve nikkel(II)-foszfát.

3. példa: Egy ionvegyület ionokra bontása

Milyen ionok alkotják a start text, C, a, left parenthesis, M, n, O, end text, start subscript, 4, end subscript, right parenthesis, start subscript, 2, end subscript ionvegyületet?

Add meg az egyes ionok képletét, töltését és hogy hány van belőlük!

Az ionvegyületek képletének vizsgálatakor először az ismert ionokat keressük meg. Ebben az esetben azt látjuk, hogy a permanganátion, start text, M, n, O, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, minus, end superscript, egyike a fenti táblázatban szereplő összetett ionoknak. Ebben a vegyületben látható, hogy két permanganátion van.

[Honnan tudjuk, hogy két permanganátion van benne?]

A permanganát-ionnak 1- töltése van, ami azt jelenti, hogy a 2, dot, left parenthesis, 1minus, right parenthesis, equals, 2minus nettó töltéssel járul hozzá az ionvegyület töltéséhez. Tudjuk, hogy az ionvegyületek össztöltése mindig nulla. Ezért a kalciumnak kationként, start text, C, a, end text, start superscript, 2, plus, end superscript kell jelen lennie azért, hogy kiegyenlítse a két start text, M, n, O, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, minus, end superscript ionból származó 2- töltést.

Érvünk ellenőrzéseként feltehetjük magunknak a kérdést, „A kalcium jellemzően 2+ töltésű ionokat képez-e?” Mivel a start text, C, a, end text második főcsoportbeli fém, így jellemzően két elektront ad le, hogy 2+ kationt alakíthasson ki. Tehát a válaszunk következetes a kémiai reaktivitással kapcsolatos tudásunkkal, hurrá!

Tehát a start text, C, a, left parenthesis, M, n, O, end text, start subscript, 4, end subscript, right parenthesis, start subscript, 2, end subscript ionvegyület egy start text, C, a, end text, start superscript, 2, plus, end superscript-kationt és két start text, M, n, O, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, minus, end superscript-aniont tartalmaz.

Sokszor hasznos, ha az ionvegyületeket az azt alkotó ionokra tudjuk bontani. Például amikor egy reakció kivitelezése során ionvegyületet oldunk vízben. Sok ionvegyület oldódik vízben, és az alkotó ionokra disszociál az oldatban. A disszociált ionok ezután eltávolodhatnak egymástól, és az eredeti ionvegyület többi ionjától függetlenül vesznek rész a kémiai reakcióban.

Összefoglalás

Az ionokhoz hasonlóan, melyek semleges atomokból képződnek elektronok leadásával vagy felvételével, az összetett ionok semleges molekulákból képződnek elektronok leadásával vagy felvételével. Ennek következtében az összetett ion egymáshoz kovalens kötéssel kapcsolódó atomok csoportja, amelynek töltése van, ugyanis a molekula elektronjainak száma nem egyezik meg a protonok számával. Egy összetett ion Lewis-féle képletében az atomok formális töltéseinek összege megegyezik az ion töltésével.

Az ionvegyületek elnevezésénél, valamint reaktivitásuk megjósolásánál is segít, ha ismerjük a leggyakoribb összetett ionokat. Ijesztőnek hangozhatna, ha meg kellene tanulnod az összes összetett ion nevét. Léteznek azonban sémák az ionok képletére, nevére és töltésére. Ezeket már könnyebb megtanulni, így nem kell memorizálnod az összes ion nevét és képletét.

Bónusz: Ha már ismered az összetett ionokat, játssz a „Keresd meg az összetett iont” nevű játékkal, amelyben a mindennapi életben is előforduló, összetett ionokat tartalmazó vegyületekre keresel példát. A leckében példaként említettük a szódabikarbónát és a krétát. Tudsz további példákat? Segítség: nézd meg a krémek, samponok vagy a fogkrém összetevőit! Ha van kedved hozzá, a hozzászólásokban írhatsz további példákat.

[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.