'
Articles

Úvodní chemie

author
12 minutes, 48 seconds Read

Cíle učení

Na konci této části budete schopni:

  • Definovat iontové a molekulární (kovalentní) sloučeniny
  • Předpovědět typ sloučeniny vzniklé z prvků na základě jejich umístění v periodické tabulce

V běžných chemických reakcích zůstává jádro každého atomu (a tím i identita prvku) nezměněno. Elektrony však mohou být atomům přidány přenosem z jiných atomů, ztraceny přenosem na jiné atomy nebo sdíleny s jinými atomy. Přenos a sdílení elektronů mezi atomy řídí chemii prvků. Při vzniku některých sloučenin atomy získávají nebo ztrácejí elektrony a vytvářejí elektricky nabité částice zvané ionty (obrázek 1).

Obrázek 1. (a) Atom sodíku (Na) má stejný počet protonů a elektronů (11) a je nenabitý. (b) Kationt sodíku (Na+) ztratil elektron, takže má o jeden proton více (11) než elektronů (10), což mu dává celkový kladný náboj, označený horním indexem se znaménkem plus.

Pomocí periodické tabulky můžete předpovědět, zda atom vytvoří aniont nebo kationt, a často můžete předpovědět i náboj výsledného iontu. Atomy mnoha kovů hlavní skupiny ztrácejí dostatek elektronů, takže mají stejný počet elektronů jako atom předchozího vzácného plynu. Pro ilustraci, atom alkalického kovu (skupina 1) ztratí jeden elektron a vytvoří kation s nábojem 1+; kov alkalických zemin (skupina 2) ztratí dva elektrony a vytvoří kation s nábojem 2+ atd. Například neutrální atom vápníku s 20 protony a 20 elektrony snadno ztrácí dva elektrony. Vznikne tak kationt s 20 protony, 18 elektrony a nábojem 2+. Má stejný počet elektronů jako atomy předchozího vzácného plynu, argonu, a označuje se symbolem Ca2+. Název iontu kovu je stejný jako název atomu kovu, z něhož vzniká, takže Ca2+ se nazývá ion vápníku.

Když atomy nekovových prvků tvoří ionty, obvykle získají dostatek elektronů, aby měly stejný počet elektronů jako atom následujícího vzácného plynu v periodické tabulce. Atomy skupiny 17 získají jeden elektron a tvoří anionty s nábojem 1-; atomy skupiny 16 získají dva elektrony a tvoří ionty s nábojem 2- atd. Například neutrální atom bromu s 35 protony a 35 elektrony může získat jeden elektron, čímž získá 36 elektronů. Vznikne tak aniont s 35 protony, 36 elektrony a nábojem 1-. Má stejný počet elektronů jako atomy dalšího vzácného plynu, kryptonu, a označuje se symbolem Br-. (Diskuze o teorii podporující zvýhodněný status počtu elektronů vzácných plynů, který se odráží v těchto předpovědních pravidlech pro tvorbu iontů, je uvedena v jedné z dalších kapitol tohoto textu.)

Všimněte si užitečnosti periodické tabulky při předpovídání pravděpodobné tvorby iontů a jejich náboje (obrázek 2). Pohybujeme-li se v periodické tabulce zcela vlevo vpravo, mají prvky hlavních skupin tendenci tvořit kationty s nábojem rovným číslu skupiny. To znamená, že prvky 1. skupiny tvoří ionty 1+, prvky 2. skupiny tvoří ionty 2+ atd. Při pohybu zprava doleva v periodické tabulce tvoří prvky často anionty se záporným nábojem rovným počtu skupin posunutých doleva od vzácných plynů. Například prvky skupiny 17 (jedna skupina vlevo od vzácných plynů) tvoří ionty 1-; prvky skupiny 16 (dvě skupiny vlevo) tvoří ionty 2- atd. Tento trend lze v mnoha případech použít jako vodítko, ale jeho vypovídací hodnota klesá, když se pohybujeme směrem ke středu periodické tabulky. Přechodné kovy a některé další kovy totiž často vykazují proměnlivé náboje, které nejsou předvídatelné podle jejich umístění v tabulce. Například měď může tvořit ionty s nábojem 1+ nebo 2+ a železo může tvořit ionty s nábojem 2+ nebo 3+.

Obrázek 2. Jaký je náboj mědi? Některé prvky vykazují při tvorbě iontů pravidelný vzorec iontového náboje.

Příklad 1: Složení iontů

Iont, který se nachází v některých sloučeninách používaných jako antiperspiranty, obsahuje 13 protonů a 10 elektronů. Jaký je jeho symbol?

Ukázat odpověď

Protože se počet protonů při tvorbě atomu do iontu nemění, musí být atomové číslo prvku 13. Protože atomové číslo prvku zůstává stejné jako atomové číslo atomu, musí být atomové číslo prvku 13. Jeho znalost nám umožňuje použít periodickou tabulku k identifikaci prvku jako Al (hliník). Atom Al ztratil tři elektrony, a proto má o tři kladné náboje více (13) než elektronů (10). Jedná se o kationt hliníku, Al3+.

Zkontrolujte si znalosti

Uveďte symbol a název iontu s 34 protony a 36 elektrony.

Ukázat odpověď

Se2-, selenidový iont

Příklad 2: Vznik iontů

Horčík a dusík reagují za vzniku iontové sloučeniny. Předpovězte, který z nich tvoří aniont a který kationt, a náboje jednotlivých iontů. Napište symboly jednotlivých iontů a pojmenujte je.

Zobrazit odpověď

Pozice hořčíku v periodické tabulce (skupina 2) nám říká, že se jedná o kov. Kovy tvoří kladné ionty (kationty). Atom hořčíku musí ztratit dva elektrony, aby měl stejný počet elektronů jako atom předchozího vzácného plynu, neonu. Atom hořčíku tedy vytvoří kationt se dvěma elektrony méně než protony a nábojem 2+. Symbol pro tento iont je Mg2+ a nazývá se hořečnatý iont.

Pozice dusíku v periodické tabulce (15. skupina) prozrazuje, že se jedná o nekov. Nekovy tvoří záporné ionty (anionty). Atom dusíku musí získat tři elektrony, aby měl stejný počet elektronů jako atom následujícího vzácného plynu, neonu. Atom dusíku tedy vytvoří aniont, který má o tři elektrony více než protony a náboj 3-. Symbol pro tento iont je N3- a nazývá se nitridový iont.

Ověř si své znalosti

Hliník a uhlík reagují za vzniku iontové sloučeniny. Předpovězte, který tvoří aniont a který kationt, a náboje jednotlivých iontů. Napište symboly jednotlivých iontů a pojmenujte je.

Zobrazit odpověď

Al vytvoří kationt s nábojem 3+: Al3+, iont hliníku. Uhlík vytvoří aniont s nábojem 4-: C4-, karbidový ion.

Podstatou klasifikace chemické vazby je charakter přitažlivých sil, které drží atomy nebo ionty ve sloučenině pohromadě. Při přenosu elektronů a vzniku iontů vznikají iontové vazby. Iontové vazby jsou elektrostatické přitažlivé síly, tj. přitažlivé síly, které vznikají mezi objekty s opačným elektrickým nábojem (v tomto případě kationty a anionty). Když se elektrony „sdílejí“ a vznikají molekuly, vznikají kovalentní vazby. Kovalentní vazby jsou přitažlivé síly mezi kladně nabitými jádry vázaných atomů a jedním nebo více páry elektronů, které se nacházejí mezi atomy. Sloučeniny se klasifikují jako iontové nebo molekulární (kovalentní) na základě vazeb, které jsou v nich přítomny.

Iontové sloučeniny

Při reakci prvku složeného z atomů, které snadno ztrácejí elektrony (kov), s prvkem složeným z atomů, které snadno získávají elektrony (nekov), obvykle dochází k přenosu elektronů za vzniku iontů. Sloučenina vzniklá tímto přenosem je stabilizována elektrostatickou přitažlivostí (iontovou vazbou) mezi ionty s opačným nábojem přítomnými ve sloučenině. Například když každý atom sodíku ve vzorku kovového sodíku (skupina 1) odevzdá jeden elektron za vzniku sodného kationtu Na+ a každý atom chloru ve vzorku plynného chloru (skupina 17) přijme jeden elektron za vzniku chloridového aniontu Cl-, je výsledná sloučenina NaCl složena z iontů sodíku a chloridových iontů v poměru jeden ion Na+ na každý ion Cl-. Podobně může každý atom vápníku (skupina 2) odevzdat dva elektrony a předat jeden každému ze dvou atomů chloru za vzniku CaCl2, který se skládá z iontů Ca2+ a Cl- v poměru jeden iont Ca2+ na dva ionty Cl-.

Sloučenina, která obsahuje ionty a je držena pohromadě iontovými vazbami, se nazývá iontová sloučenina. Periodická tabulka nám pomůže rozpoznat mnoho sloučenin, které jsou iontové: Když se kov spojí s jedním nebo více nekovy, sloučenina je obvykle iontová. Toto vodítko dobře funguje při předpovídání vzniku iontových sloučenin pro většinu sloučenin, se kterými se obvykle setkáváme v úvodním kurzu chemie. Neplatí však vždy (například chlorid hlinitý, AlCl3, není iontový).

Iontové sloučeniny často poznáte podle jejich vlastností. Iontové sloučeniny jsou pevné látky, které obvykle tají při vysokých teplotách a vaří při ještě vyšších teplotách. Například chlorid sodný taje při 801 °C a vře při 1413 °C. (Pro srovnání: molekulární sloučenina voda taje při 0 °C a vře při 100 °C.) V pevném stavu není iontová sloučenina elektricky vodivá, protože její ionty nemohou proudit („elektřina“ je tok nabitých částic). V roztaveném stavu však může vést elektrický proud, protože její ionty se mohou volně pohybovat v kapalině (Obrázek 3).

Obrázek 3: Iontová sloučenina. Chlorid sodný taje při teplotě 801 °C a v roztaveném stavu vede elektrický proud. (kredit: úprava práce Marka Blasera a Matta Evanse)

Podívejte se na toto video a uvidíte, jak směs solí taje a vede elektřinu.

Molekulární sloučeniny

Mnoho sloučenin neobsahuje ionty, ale skládá se pouze z diskrétních neutrálních molekul. Tyto molekulární sloučeniny (kovalentní sloučeniny) vznikají, když atomy sdílejí, nikoli předávají (získávají nebo ztrácejí) elektrony. Kovalentní vazba je v chemii důležitým a rozsáhlým pojmem a bude podrobně zpracována v některé z dalších kapitol tohoto textu. Molekulární sloučeniny můžeme často identifikovat na základě jejich fyzikálních vlastností. Za normálních podmínek se molekulární sloučeniny často vyskytují jako plyny, nízkovroucí kapaliny a nízkotavitelné pevné látky, i když existuje mnoho důležitých výjimek.

Zatímco iontové sloučeniny obvykle vznikají spojením kovu a nekovu, kovalentní sloučeniny obvykle vznikají kombinací nekovů. Periodická tabulka nám tedy může pomoci rozpoznat mnoho sloučenin, které jsou kovalentní. I když v této fázi studia chemie můžeme na základě polohy prvků sloučeniny v periodické tabulce předpovědět, zda je iontová nebo kovalentní, měli byste si uvědomit, že se jedná o velmi zjednodušený přístup, který nepočítá s řadou zajímavých výjimek. Mezi iontovými a molekulárními sloučeninami existují odstíny šedi, o kterých se dozvíte více později.

Příklad 5: Předpovídání typu vazby ve sloučeninách

Předpovězte, zda jsou následující sloučeniny iontové nebo molekulové:

  1. KI, sloučenina používaná jako zdroj jódu ve stolní soli
  2. H2O2, bělidlo a dezinfekční prostředek peroxid vodíku
  3. CHCl3, anestetikum chloroform
  4. Li2CO3, zdroj lithia v antidepresivech
Zobrazit odpověď

  1. Draslík (skupina 1) je kov a jód (skupina 17) je nekov; Předpokládá se, že KI je iontový.
  2. Vodík (skupina 1) je nekov a kyslík (skupina 16) je nekov; předpokládá se, že H2O2 je molekulární.
  3. Uhlík (skupina 14) je nekov, vodík (skupina 1) je nekov a chlor (skupina 17) je nekov; předpokládá se, že CHCl3 je molekulární.
  4. Lithium (skupina 1A) je kov a uhličitan je víceatomový ion; předpokládá se, že Li2CO3 je iontový.

Zkontrolujte si své znalosti

Pomocí periodické tabulky předpovězte, zda jsou následující sloučeniny iontové nebo kovalentní:

  1. SO2
  2. CaF2
  3. N2H4
  4. Al2(SO4)3
Zobrazit Odpověď

  1. molekulární
  2. iontový
  3. molekulární
  4. iontový

Klíčové pojmy a shrnutí

Kovy (zejména ty ze skupiny 1 a 2) mají tendenci ztrácet takový počet elektronů, aby jim zůstal stejný počet elektronů jako u předchozího vzácného plynu v periodické tabulce. Tímto způsobem vzniká kladně nabitý iont. Podobně nekovy (zejména ty ze skupin 16 a 17 a v menší míře ty ze skupiny 15) mohou získat počet elektronů potřebný k tomu, aby atomy měly stejný počet elektronů jako následující vzácný plyn v periodické tabulce. Nekovy tedy mají tendenci tvořit záporné ionty. Kladně nabité ionty se nazývají kationty a záporně nabité ionty se nazývají anionty. Ionty mohou být jednoatomové (obsahují pouze jeden atom) nebo víceatomové (obsahují více atomů).

Sloučeniny, které obsahují ionty, se nazývají iontové sloučeniny. Iontové sloučeniny obecně vznikají z kovů a nekovů. Sloučeniny, které neobsahují ionty, ale skládají se z atomů pevně spojených v molekuly (nenabité skupiny atomů, které se chovají jako jeden celek), se nazývají kovalentní sloučeniny. Kovalentní sloučeniny obvykle vznikají ze dvou nekovů.

Cvičení

  1. Podle periodické tabulky předpovězte, zda jsou následující chloridy iontové nebo kovalentní:
  2. Pomocí periodické tabulky předpovězte, zda jsou následující chloridy iontové nebo kovalentní: KCl, NCl3, ICl, MgCl2, PCl5 a CCl4: SiCl4, PCl3, CaCl2, CsCl, CuCl2 a CrCl3.
  3. U každé z následujících sloučenin uveďte, zda je iontová nebo kovalentní. Pokud je iontová, napište symboly pro příslušné ionty:
    1. NF3
    2. BaO,
    3. (NH4)2CO3
    4. Sr(H2PO4)2
    5. IBr
    6. Na2O
  4. Pro každou z následujících sloučenin, uveďte, zda je iontová nebo kovalentní, a pokud je iontová, napište symboly pro příslušné ionty:
    1. KClO4
    2. MgC2H3O2
    3. H2S
    4. Ag2S
    5. N2Cl4
    6. Co(NO3)2
Zobrazit vybrané odpovědi

1. Iontové: KCl, MgCl2; kovalentní: NCl3, ICl, PCl5, CCl4

3. (a) kovalentní; (b) iontové, Ba2+, O2-; (c) iontové, {\text{NH}}_{4}{}^{+}, {\text{CO}}_{3}{}^{2-}; (d) iontové, Sr2+, {\text{H}}_{2}{text{PO}}_{4}{}^{-}; (e) kovalentní; (f) iontová, Na+, O2-

Glosář

kovalentní vazba: přitažlivá síla mezi jádry atomů molekuly a páry elektronů mezi atomy

kovalentní sloučenina: (také molekulová sloučenina) složená z molekul tvořených atomy dvou nebo více různých prvků

iontová vazba: elektrostatické přitažlivé síly mezi opačně nabitými ionty iontové sloučeniny

iontová sloučenina: sloučenina složená z kationtů a aniontů v poměru, který dává elektricky neutrální látku

molekulová sloučenina: (také kovalentní sloučenina) složená z molekul tvořených atomy dvou nebo více různých prvků

monatomický ion: ion složený z jednoho atomu

Similar Posts

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.