ძირითადი მასალა

ქიმია

კურსი: ქიმია > თემა 1

გაკვეთილი 3: იონური ნაერთების ფორმულები და სახელწოდებები

პოლიატომური იონები

როგორ დავასახელოთ იონური ნაერთები, რომლებიც შეიცავენ გავრცელებულ პოლიატომურ იონებს

ამ პარაგრაფში ჩვენ განვიხილავთ პოლიატომურ იონებს. პრეფიქსი პოლი- ნიშნავს მრავალს, შესაბამისად, პოლიატომური იონი არის იონი, რომელიც შეიცავს ერთზე მეტ ატომს. ეს განასხვავებს პოლიატომურ იონებს მონოატომური იონებისგან, რომელიც, თავის მხრივ, შეიცავს მხოლოდ ერთ ატომს. მონოატომური იონების მაგალითებია

{Na}^{+}

{Fe}^{3 +}

{Cl}^{-}

და მრავალი სხვა. ეს პარაგრაფი გულისხმობს, რომ თქვენ გაგაჩნია საბაზისო ცოდნა მონოატომური იონების შესახებ, ისევე როგორც უნარი, დაასახელოთ იონური ნაერთები და ჩაწეროთ მათი ქიმიური ფორმულები.

ამ საკითხების განსახილველად ეწვიეთ article on monatomic ions and naming ionic compounds.

პოლიატომური იონები ყველგანაა! ცარცი შედგება კალციუმის კარბონატისგან, ${CaCO}_{3}$ ‍-ისგან, რომელიც შეიცავს კალციუმის კატიონებს, ${Ca}^{2 +}$ ‍-ს, და კარბონატ-ანიონებს, ${CO}_{3}^{2 -}$ ‍-ს, რომლებიც წარმოადგენენ პოლიატომურ იონებს. სურათის წყარო: Alice on Flickr, CC BY-NC-ND 2,0

პოლიატომური იონების სტრუქტურა

ჩვენ შეგვიძლია სრული წარმოდგენა შევიქმნათ პოლიატომურ იონებზე მათი მონოატომურ იონებთან შედარებით. მონოატომური იონი არის ატომი, რომელიც იონიზირდება ელექტრონების შეძენით ან დაკარგვით. იონს გააჩნია ჯამური მუხტი, რადგან ელექტრონების მთლიანი რაოდენობა არ არის გათანაბრებული პროტონების მთლიანი რაოდენობის მიერ ატომბირთვში. ამგვარად, ნეიტრალურ ატომებთან შედარებით ჩვენ გვაქვს დამატებითი ელექტრონები - უარყოფითად დამუხტული ანიონების შემთხვევაში - ან არასკმარისი ელექტრონები- დადებითად დამუხტული კატიონების შემთხვევაში. მაგალითად, ნეიტრალური ქლორის ატომს გააჩნია ატომური რიცხვი 17, რაც ნიშნავს რომ მას აქვს 17 პროტონი და 17 ელექტრონი. ნეიტრალური ატომი ხანდახან იერთებს დამატებით ელექტრონს რომ გახდეს ქლორის ანიონი,

{Cl}^{-}

Cl + e^{-} \to {Cl}^{-}

17 ელექტრონი 18 ელექტრონი

17 პროტონი 17 პროტონი

ელექტრონის შეძენის შემდეგ ქლორის ანიონს ექნება 17 პროტონი და 18 ელექტრონი. მას შემდეგ, რაც მიიღება ერთი დამატებითი ელექტრონი, პროტონების რაოდენობასთან შედარებით, იონის ჯამური მუხტი იქნება 1-.

ანალოგიურად, ჩვენ შეგვიძლია ვიფიქროთ პოლიატომურ იონზე, როგორც მოლეკულაზე, რომელიც იონიზირდება ელექტრონების შეძენით ან დაკარგვით. პოლიატომურ იონში კოვალენტურად დაკავშირებული ატომების ჯგუფები ატარებენ ჯამურ მუხტს, რადგან მთლიანი რაოდენობა ელექტრონების მოლეკულაში არ არის ტოლი მოლეკულაში პროტონების მთლიანი რაოდენობისა. როდესაც ვხატავთ ლუისის წერტილოვან სტრუქტურებს, მთლიანი მუხტი პოლიატომურ იონში ტოლია ფორმალური მუხტების საერთო რაოდენობის თითოეულ ატომზე იონში.

[რა არის ფორმალური მუხტი?]

ჰიდროქსიდის იონის ლუისის წერტილოვანი სტრუქტურა. $O$ ‍ -ს გარშემო არსებული წერტილები ელექტრონთა სამ გაუწყვილებელ წყვილს აღნიშნავს, $H$ ‍-სა და $O$ ‍-ს შორის ხაზი კი - ორი საზიარო ელექტრონით შექმნილ კოვალენტურ ბმას. ამ პოლიატომური იონის ჯამური მუხტი -1-ია, რაც კვადრატული ფრჩხილების გარეთ, ზედა, მარჯვენა კუთხეშია მითითებული. სურათის წყარო: Wikimedia Commons, CC BY-SA 3,0

მაგალითად, წარმოვიდგინოთ პოლიატომური იონი

{OH}^{-}

, რომელიც ცნობილია, როგორც ჰიდროქსიდი. მარცხნივ ჩვენ ვხედავთ ჰიდროქსიდ-იონის წერტილოვან სტრუქტურას. ის შეიცავს ჟანგბადის ერთ და წყალბადის ერთ ატომს. ხაზი მათ შორის აღნიშნავს კოვალენტურ ბმას, რომელიც შეიცავს

H

და

O

შორის გაზიარებულ ორ ელექტრონს. წერტილები

O

–ს გარშემო აღნიშნავს ელექტრონების გაუწყვილებელ წყვილს. ჰიდროქსიდში, ჟანგბადს აქვს ელექტრონების სამი გაუწყვილებელი წყვილი, რაც საერთო ჯამში ექვს გაუწყვილებელ ელექტრონს გვაძლევს.

ჯამური მუხტი ჰიდროქსიდ იონზე აღინიშნება მთლიანი წერტილოვანი სტრუქტურის მუხტთან ერთად ოთხკუთხედ ფრჩხილებში ჩასმით, რაც იწერება მარჯვნივ, ზედა მხარეს. როგორც ვხედავთ, ჰიდროქსიდს აქვს მუხტი 1-, რაც ნიშნავს რომ იონს აქვს ერთით მეტი ელექტრონი, ვიდრე წყალბადის ატომს მიმატებული ჟანგბადის ატომის პროტონების რაოდენობაა ატომბირთვში.

ცოდნის შემოწმება: რამდენი პროტონი და ელექტრონია ჰიდროქსიდ იონში?

[პასუხის ნახვა.]

გავრცელებული პოლიატომური იონები

პოლიატომური იონები ყველგანაა! ჰიდროკარბონატის იონები,

{HCO}_{3}^{-}

, ჩვენი სისხლის pH დონეს აკონტროლებს, ამავდროულად ფოსფატები,

{PO}_{4}^{3 -}

, მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ სხვადასხვა მეტაბოლურ პროცესებში. ყველაზე გავრცელებული პოლიატომური იონების სახელწოდებების, მუხტების და ფორმულების ცოდნა გამოგადგებათ სხვადასხვა იონური ნაერთების ამოსაცნობად და მათი რეაქციისუნარიანობის წინასწარ განსასაზღვრად. ქვემოთ მოყვანილ ცხრილში ჩამოთვლილია ყველაზე გავრცელებული პოლიატომური იონები.

\begin{array}{cccc} ფორმულა & სახელწოდება & ფორმულა & სახელწოდება \\ {Hg}_{2}^{2 +} & ვერცხლისწყალი(I) & {SCN}^{-} & თიოციანატი \\ {NH}_{4}^{+} & ამონიუმი & {CO}_{3}^{2 -} & კარბონატი \\ {NO}_{2}^{-} & ნიტრიტი & {HCO}_{3}^{-} & ჰიდროკარბონატი (ბიკარბონატი*) \\ {NO}_{3}^{-} & ნიტრატი & {ClO}^{-} & ჰიპოქლორიტი \\ {SO}_{3}^{2 -} & სულფიტი & {ClO}_{2}^{-} & ქლორიტი \\ {SO}_{4}^{2 -} & სულფატი & {ClO}_{3}^{-} & ქლორატი \\ {HSO}_{4}^{-} & ჰიდროსულფატი (ბისულფატი*) & {ClO}_{4}^{-} & პერქლორატი \\ {OH}^{-} & ჰიდროქსიდი & C_{2} H_{3} O_{2}^{-} ({or CH}_{3} {COO}^{-}) & აცეტატი \\ {CN}^{-} & ციანიდი & {MnO}_{4}^{-} & პერმანგანატი \\ {PO}_{4}^{3 -} & ფოსფატი & {Cr}_{2} O_{7}^{2 -} & დიქრომატი \\ {HPO}_{4}^{2 -} & ჰიდროფოსფატი & {CrO}_{4}^{2 -} & ქრომატი \\ H_{2} {PO}_{4}^{-} & დიჰიდროფოსფატი & O_{2}^{2 -} & პეროქსიდი \\ C_{2} O_{4}^{2 -} & ოქსალატი \end{array}

* არაფორმალური, თუმცა ფართოდ გამოყენებული დასახელება.

სტატიის დარჩენილ ნაწილში ცხრილში მოცემულ პოლიატომურ იონებზე ვისაუბრებთ!

[როგორ დავიმახსოვრო ამდენი იონის სახელწოდება?!]

პოლიატომური იონების შემცველი ნაერთების სახელები და ქიმიური ფირმულები

პოლიატომური იონების პოვნას, დიდი ალბათობით, თქვენს სამზარეულოშიც შეძლებთ! სასმელი სოდა ნატრიუმის ჰიდროკარბონატის, ${NaHCO}_{3}$ ‍-ის, გავრცელებული სახელია და ის შეიცავს ჰიდროკარბონატის იონს ${HCO}_{3}^{-}$ ‍. სურათის წყარო: pixabay, CC0 1,0

რადგან ჩვენ უკვე გვაქვს ცოდნა ბევრ გავრცელებულ პოლიატომურ იონზე, შევხედოთ, როგორ უნდა დავასახელოთ და ჩავწეროთ ნაერთების ქიმიური ფორმულები, რომლებიც მათ შეიცავენ. ორი ძირითადი ფაქტია გასათვალისწინებელი:

თუ ნაერთი შეიცავს ერთისა და იმავე ტიპის ერთზე მეტ პოლიატომურ იონს, საჭიროა იონის ფორმულა ჩავსვათ მრგვალ ფრჩხილებში სანამ გამოვიყენებთ ინდექსს, იმის განსასაზღვრად თუ რამდენი ერთნაირი ტიპის იონია ნაერთში.
ჯამური მუხტი იონურ ნაერთში ნეიტრალური უნდა იყოს, რაც ნიშნავს, რომ კატიონების და ანიონების ჯამური მუხტი უნდა იყოს ნულის ტოლი. ამ წესის გამოყენებით შეგვიძლია იონური ნაერთის ფორმულის დადგენა, როდესაც ვიცით კატიონისა და ანიონის მუხტები. ეს წესი ასევე გამოგვადგება მაშინ, როცა იონის მუხტის დადგენა გვინდა და იონური ნაერთის ფორმულა ცნობილია. ‍

ვნახოთ რამდენიმე მაგალითი.

მაგალითი 1: ქიმიური ფორმულის დადგენა ნაერთის სახელიდან

რა არის ქიმიური ფორმულა კალციუმის ჰიდროქსიდისთვის?

კალციუმი ტუტე მიწათა მეტალია - მეორე ჯგუფის ელემენტი პერიოდულ სისტემაში - შესაბამისად, ის წარმოქმნის იონებს 2+ მუხტით. მოცემული ცხრილიდან ვხედავთ რომ ჰიდროქსიდს აქვს ფორმულა

{OH}^{-}

და მუხტი 1-. ჩვენ გვჭირდება ორი ჰიდროქსიდ იონი იმისთვის, რომ ზუსტად გავაუქმოთ 2+ მუხტი ამ ფორმულაში:

{Ca}^{2 +}

. ფორმულის დაწერის დროს ჩვენ ვიყენებთ მრგვალ ფრჩხილებს ფორმულის გარშემო:

OH

2–ის ინდექსის შემდგომ, იმისთვის რომ თვალსაჩინო გავხადოთ ორი ჰიდროქსიდ იონის არსებობა თითოეული

{Ca}^{2 +}

კატიონისთვის. ამგვარად, ქიმიური ფორმულა ამ ნაერთისთვის იქნება ${Ca(OH)}_{2}$ ‍.

ცოდნის შემოწმება: რატომ იქნება არასწორი მოცემული ფორმულა კალციუმის ჰიდროქსიდისთვის? ${CaOH}_{2}$ ‍

[პასუხის ნახვა.]

მაგალითი 2: პოლიატომური იონების შემცველი იონური ნაერთების დასახელება

რა ჰქვია ქიმიურ ნაერთს ფორმულით ${Ni}_{3} ({PO}_{4})_{2}$ ‍?

იონური ნაერთების დასახელებისას, პირველ ყოვლისა, საჭიროა ფორმულის დაშლა კატიონ(ებ)ად და ანიონ(ებ)ად. ამ ნაერთში კატიონი დამოკიდებულია ნიკელზე. ნიკელი გარდამავალი მეტალია, რომელიც შეიძლება წარმოიქმნას მრავალი სახის კატიონისგან, განსხვავებული მუხტებით. ეს ნიშნავს, რომ უნდა დავადგინოთ ნიკელის იონის მუხტი ამ კონკრეტულ ნაერთში, რათა შემდგომში ზუსტად მივუთითოთ იონური ნაერთის დასახელებისას! საბედნიეროდ, ჩვენ ვიცით ანიონის მუხტი: ფოსფატი პოლიატომური იონია, რომელსაც ყოველთვის -3 მუხტი აქვს. ვინაიდან მთლიანი მუხტი იონური ნაერთისთვის ნულის ტოლია, შეგვიძლია, გამოვიყენოთ ქიმიური ფორმულა და ფოსფატის მუხტი, რათა გამოვთვალოთ მუხტი ნიკელის იონზე:

$ჯამური მუხტი = 0 = (# კატიონი \times კატიონის მუხტი) + (# ანიონი \times ანიონის მუხტი)$ ‍

თუკი გადავაწყობთ ამ განტოლებას, დავინახავთ, რომ მუხტების ჯამი კატიონებიდან უდრის

- 1

-ისა და ანიონების მუხტების ჯამის ნამრავლს.

$# კატიონი \times კატიონის მუხტი = - 1 \times (# ანიონი \times ანიონის მუხტი)$ ‍

ქიმიურ ფორმულაზე დაყრდნობით, ჩვენ შეგვიძლია, ტოლობაში ჩავსვათ ჩვენთვის ნაცნობი კათიონებისა და ანიონების რაოდენობა, ასევე ანიონის მუხტი და, საბოლოოდ, გამოვთვალოთ ნიკელის მუხტიც:

$\begin{aligned} 3 \times კატიონის მუხტი & = - 1 \times (2 \times 3 -) = 6 + \\ კატიონის მუხტი & = \frac{6 +}{3} = 2 + \end{aligned}$ ‍

უკვე ვიცით, რომ ჩვენ ნაერთში კატიონი არის ნიკელი (II). რომ დავასახელოთ მთლიანი ნაერთი, ჯერ უნდა ვთქვათ კატიონის დასახელება მუხტთან ერთად, რომელიც უნდა ჩავწეროთ რომაული რიცხვით ფრჩხილებში და შემდეგ უნდა ვთქვათ ანიონის დასახელება.

მაშასადამე, ნაერთის სახელწოდება არის ნიკელის (II) ფოსფატი.

მაგალითი 3: იონური ნაერთის იონებად დანაწევრება

რომლებია ${Ca(MnO}_{4})_{2}$ ‍ იონური ნაერთის შემადგენელი იონები?

დაასახელეთ თითოეული იონის ფორმულა, მუხტი და რაოდენობა.

იონური ნაერთის ფორმულის გაანალიზების დროს, პირველ ყოვლისა, უნდა შევხედოთ ნაცნობი იონების ფორმულებს. ამ შემთხვევაში, შესამჩნევია

{MnO}_{4}^{-}

პერმანგანატი, რომელიც ერთ-ერთია ზემოთ მოცემული ცხრილიდან. ამ ნაერთში კი პერმანგანატის ორი იონი გვაქვს მოცემული.

[საიდან ვიგებთ, რომ პერმანგანატის ორი იონი გვაქვს?]

რადგანაც პერმანგანატს აქვს -1 მუხტი, ეს ნიშნავს, რომ ის წარმოქმნის ჯამურ მუხტს

2 \times (1

-) = 2

-

იონური ნაერთისთვის. გავიხსენოთ ის ფაქტი, რომ ყველა იონურ ნაერთში ჯამური მუხტი ნულის ტოლი უნდა იყოს. ამრიგად, კალციუმი უნდა იყოს

{Ca}^{2 +}

კატიონის სახით წარმოდგენილი, რათა გავანეიტრალოთ ჯამური მუხტი -2 ორი

{MnO}_{4}^{-}

იონიდან.

იმისათვის, რომ გადავამოწმოთ ჩვენი ვარაუდი, ჩვენ შეგვიძლია, საკუთარ თავს დავუსვათ კითხვა, „ნუთუ კალციუმი წარმოქმნის იონებს 2+ მუხტით?" რადგანაც

Ca

მეორე ჯგუფის მეტალია, ის ჩვეულებრივ კარგავს ორ ელექტონს, რათა წარმოქმნას კათიონები +2 მუხტით!

აქედან გამომდინარე,

{Ca(MnO}_{4})_{2}

შეიცავს ერთ

{Ca}^{2 +}

კათიონს და ორ

{MnO}_{4}^{-}

ანიონს.

ხანდახან საჭიროა, გაგაჩნდეს იმის უნარი, დაშალო იონური ნაერთი შემადგენელ იონებად. ერთ-ერთი ასეთი მაგალითია, როდესაც რეაქციისთვის იონური ნაერთი წყალში იხსნება. ბევრი იონური ნაერთი წყალში ხსნადია და შემადგენელი იონები ხსნარში დისოცირდებიან. დისოცირებულ იონებს შემდეგ შეუძლიათ, ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად ჩაებან სხვადასხვა ქიმიურ რეაქციებში და თავდაპირველი ნაერთისგან განსხვავებული ნაერთი წარმოქმნან.

შეჯამება

როგორც იონები წარმოიქმნებიან ნეიტრალური ატომების მიერ ელექტრონების გაცემის ან მიერთების შემდეგ, პოლიატომური იონიც ნეიტრალური მოლეკულის მიერ ელექტრონების დაკარგვის ან მიერთების შედეგად ფორმირდება. ამრიგად, პოლიატომური იონი კოვალენტურად დაკავშირებული ატომების ჯგუფია, რომელიც ჯამურ მუხტს ატარებს, რაც განპირობებულია იმით, რომ ელექტრონების საერთო რაოდენობა მოლეკულაში არ უდრის პროტონების საერთო რაოდენობას მოლეკულაში. პოლიატომური იონის ლუისის წერტილოვან სტრუქტურაში ფორმალური მუხტების საერთო რაოდენობა ტოლი უნდა იყოს იონზე არსებული ჯამური მუხტის რაოდენობის.

ყველაზე ხშირი პოლიატომური იონების ცოდნა დაგეხმარებათ იონური ნაერთების შემჩნევასა და მათი რეაქციისუნარიანობის ვარაუდში. პოლიატომური იონების სწავლის პროცესი შეიძლება საშიში ჩანდეს, თუმცა მრავალი იონის ფორმულას, სახელსა და მუხტს განსაზღვრული კანონზომიერებები ახასიათებს. ამ კანონზომიერებების დასწავლა შესაძლებელია და საჭირო არ არის ყველა იონის ზეპირად დამახსოვრება.

ბონუსი: პოლიატომური იონების გაცნობის შემდეგ შეგიძლიათ, ითამაშოთ თამაში სახელად „იპოვე პოლიატომური იონი“: მოიძეთ პოლიატომური იონების შემცველი ნაერთების მაგალითები ყოველდღიურ ცხოვრებაში. საჭმელი სოდა და ცარცი ამ სტატიაში უკვე დავასახელეთ. შეგიძლიათ, სხვებიც იპოვოთ? მინიშნება: შეამოწმეთ თქვენი ლოსიონის, შამპუნის ან კბილის პასტის ინგრედიენტები. თუ გსურთ, მაგალითები ქვემოთ, კომენტარებში მოგვწერეთ!

[წყარო და ბიბლიოგრაფია]

გსურთ, შეუერთდეთ დისკუსიას?

შესვლა

დავალაგოთ:

პოსტები ჯერ არ არის.

გესმით ინგლისური? დააწკაპუნეთ აქ და გაეცანით განხილვას ხანის აკადემიის ინგლისურენოვან გვერდზე.