Jonföreningar och jonbindningar del 2. Niklas Dahrén

Transkript

1 Jonföreningar och jonbindningar del 2 Niklas Dahrén

2 Del 1: Innehåll o Introduktion till jonföreningar och jonbindningar. o Jämförelse mellan jonföreningar och molekylföreningar. o Hur jonföreningar är uppbyggda (kristallstruktur). o Jonbindning. o Hur atomernas radie påverkas vid jonisering. o Joniseringsenergi. Del 2: o Atomjonernas namn o Namngivning av olika jonföreningar. o Hur man skriver den kemiska beteckningen/formeln för olika jonföreningar. o Sammansatta joner. o Jonföreningarnas egenskaper. o Hur jonföreningar bildas/framställs. o Löslighet i vatten. o Utfällningar/fällningar.

3 Atomjonernas namn Atomjoner: Joner som bildas av en enda atom kallas atomjoner. Namn på positivt laddade atomjoner: Dessa har samma namn som respektive grundämne fast med tillägget jon på slutet. Namn på negativt laddade atomjoner: Dessa har alltid tillägget id framför jon, och namnet är ofta kopplad till respektive grundämnes vetenskapliga namn. GRUPP 1 GRUPP 2 GRUPP 13 GRUPP 14 GRUPP 15 GRUPP 16 GRUPP 17 H vätejon H hydridjon Be 2 berylliumjon N 3 nitridjon O 2 oxidjon F fluoridjon Li litiumjon Mg 2 magnesiumjon Al 3 aluminiumjon S 2 sulfidjon Cl kloridjon Na natriumjon Ca 2 kalciumjon Ga 3 galliumjon Br bromidjon K kaliumjon Sr 2 strontiumjon I jodidjon Rb rubidiumjon Ba 2 bariumjon

4 Namngivning av olika jonföreningar (salter) Exempel: Namnge det salt som bildas av kloridjoner och magnesiumjoner 1. Ta bort ändelsen jon från de båda jonerna; klorid och magnesium. 2. Skriv den positiva jonen först och den negativa jonen sist; magnesiumklorid. Exempel: Namnge den jonförening som bildas när kalcium reagerar med fluorgas. 1. Lägg till ändelsen id på det ämne som kommer bilda den negativa jonen; fluorid. 2. Skriv den positiva jonen först och den negativa jonen sist; kalciumfluorid.

5 Skriva kemiska beteckningar (formler) för olika jonföreningar Nettoladdningen i en jonförening ska alltid vara noll! Om det är för mycket positiv laddning jämfört med negativ laddning (eller tvärtom) kommer jonföreningen (saltkristallen) att spricka sönder eftersom det uppstår repellering mellan likadana laddningar. Antalet positiva laddningar måste vara lika många som antalet negativa laddningar annars kommer saltkristallen att gå sönder!

6 Kemisk beteckning på olika salter Exempel: Hur skriver man natriumklorid? 1. Natriumklorid består av jonerna: Na och Cl 2. Antalet positiva och negativa laddningar ska vara lika i en jonförening. I det här fallet ska alltså förhållandet mellan antalet Na och Cl vara 1:1. 3. Man skulle kunna skriva så här: Na Cl 4. Oftast skriver man dock så här: NaCl Exempel: Hur skriver man magnesiumklorid? 1. Magnesiumklorid består av magnesiumjoner (Mg 2 ) och kloridjoner (Cl ). 2. Förhållandet mellan Mg 2 och Cl ska därför vara 1:2 för att nettoladdningen i jonföreningen ska bli Oftast skriver man så här: MgCl 2

7 Formeln NaCl beskriver enbart förhållandet mellan antalet Na och Cl och inte det totala antalet I vanligt bordssalt (natriumklorid) är varje positiv natriumjon omgiven av sex negativa kloridjoner och tvärt om. Ett litet saltkorn kan innehålla omkring 1020 joner i ett sådant kristallmönster. Saltkristaller är alltid elektriskt neutrala vilket innebär att det finns lika mycket positiv som negativ laddning. Om det skulle vara mer av en viss typ av laddning (t.ex. mer negativ laddning än positiv) så skulle kristallstrukturen spricka sönder p.g.a. att lika laddningar repellerar varandra. NaCl är den kemiska beteckningen på vanligt salt: Natriumjoner har laddningen 1 och kloridjoner har laddningen 1 vilket innebär att det i saltet natriumklorid finns lika många natrium och kloridjoner. Förhållandet mellan dessa är därför 1:1 och därav blir formeln; NaCl. NaCl betyder alltså inte att det enbart finns 1 natriumjon och 1 kloridjon utan det innebär att det finns lika många av dessa. Bildkälla: By BruceBlaus (Own work) [CC BY 3.0 ( via Wikimedia Commons

8 Uppgift 1: Skriv den kemiska beteckningen på följande salter: a) Magnesiumfluorid b) Kalciumklorid c) Natriumoxid d) Magnesiumnitrid Svar: a) MgF 2 b) CaCl 2 c) Na 2 O d) Mg 3 N 2 Mg 2 F Cl Na Mg 2 Ca 2 F Cl Na O 2 Mg 2 N 3 N 3 Mg

9 Uppgift 2: Avgör vilken formel som är felaktig: a) Cs 2 S b) RaCl 2 c) Ga 2 O 3 d) Sr 2 N 3 Svar: Alternativ d är felaktigt. Det ska vara laddningsbalans i saltet (lika många positiva och negativa laddningar). Sr tillhör grupp 2 och bildar därför joner med laddningen 2. N tillhör grupp 15 och bildar därför joner med laddningen 3. 2 stycken Sr ger totalt 4. 3 stycken N ger totalt 9. Det är alltså inte laddningsbalans. Sr 2 Sr 2 N 3 N 3 N

10 Sammansatta joner Sammansatta joner: Förutom atomjoner finns det sammansatta joner. Dessa består av minst 2 atomer. Tillsammans har dessa atomer ett elektronunderskott (positivt laddade) eller ett elektronöverskott (negativt laddade). 2 Karbonatjonen är en sammansatt jon: Karbonatjonen, CO 3, innehåller en kolatom och tre syreatomer och tillsammans har de 2 elektroner mer än vad 1 kolatom och 3 syreatomer har tillsammans i vanliga fall. När karbonatjonen bildades så tillkom alltså 2 elektroner utifrån (från något annat ämne). I tabellen till höger finns namn och formler för några viktiga sammansatta joner. Namn på sammansatta joner med negativ laddning innehåller ofta ändelsen id, at eller it. Sammansatta joner: Hydroxidjon Cyanidjon Sulfatjon Sulfitjon Nitratjon Nitritjon Karbonatjon Fosfatjon Ammoniumjon OH CN 2 SO 4 2 SO 3 NO 3 NO 2 2 CO 3 3 PO 4 NH 4

11 Uppgift 3: Skriv formeln för det salt som består av jonerna Fe 3 och SO 4 2 Svar: Jonerna är; Fe 3 och SO 4 2 Det ska vara laddningsbalans i saltet (lika många positiva och negativa laddningar). Om vi har 2 järnjoner och 3 sulftatjoner så blir det 6 och 6 vilket alltså innebär laddningsbalans. Fe 3 Fe 3 SO 2 SO 2 SO Vi skriver på följande sätt; Fe 3 2(SO 4 2 ) 3 vilket kan förenklas; Fe 2 (SO 4 ) 3

12 Svar: Uppgift 4: a) Skriv den kemiska beteckningen för de joner som ingår i saltet kalciumhydroxid b) Skriv den kemiska beteckningen/formeln för saltet kalciumhydroxid a) Ca 2 och OH Kalcium tillhör grupp 2 och får därför laddningen 2 i jonform. Hydroxidjonen är en sammansatt jon som består av 1 syreatom bunden till en vätetatom, tillsammans har de ett elektronöverskott med 1 elektron och därmed laddningen 1 (det får man lära sig utantill!). b) Ca(OH) 2 Det ska vara laddningsbalans i saltet (lika många positiva och negativa laddningar). Om vi har 1 kalciumjon och 2 hydroxidjoner så blir det laddningsbalans (nettoladdningen blir noll). Ca 2 OH OH 2 2 0

13 Jonföreningars (salters) egenskaper Höga smält och kokpunkter: Jonbindningar är mycket starka bindningar som leder till höga smält och kokpunkter. T.ex. har NaCl en smältpunkt på 801 grader och en kokpunkt på 1465 grader. Kan leda ström: För att ström ska kunna ledas vidare måste laddade partiklar förflyttas. Dessa partiklar kan antingen vara elektroner eller joner. I en jonförening (salt) finns det joner. Jonerna måste dock vara rörliga för att kunna leda ström: Ett salt i fast form leder ej ström Ett salt i flytande form leder ström Ett salt löst i vatten leder ström Jonföreningar (saltkristaller) är spröda: Det innebär att de spricker lätt.

14 Jonföreningar (saltkristaller) är spröda och spricker ganska lätt Om jonerna i en saltkristall förskjuts p.g.a. yttre påverkan kommer positiva joner hamna bredvid varandra samtidigt som negativa joner hamnar bredvid varandra. De lika laddningarna repellerar då varandra och kristallen spricker. Saltkristaller är alltså inte särskilt formbara

15 Metallkristaller är hållfasta och formbara Metallkristaller kan utsättas för yttre påverkan utan att metallkristallen går sönder. I metallkristallen uppstår nämligen ingen repellering mellan de positiva metalljonerna när lagren av metalljoner förskjuts eftersom det finns en massa fria elektroner mellan metalljonerna som förhindrar att det uppstår. Elektronernas negativa laddning göra att metalljonerna inte känner av varandras positiva laddningar. Metallernas egenskaper: Hållfasta och formbara Leder ström Metallglans

16 Jonföreningar (salter) kan bildas/framställas på flera olika sätt 1. Metall reagerar med ickemetall: T.ex. kan natriumatomer i en bit natriummetall reagera med klorgas så att saltet natriumklorid uppkommer. I reaktionen kommer natriumatomer avge elektroner till kloratomer och vi kommer få ett stort antal natriumjoner (Na ) och kloridjoner (Cl ) som ger upphov till saltet natriumklorid. Cl 2 (g) 2Na (s) à 2NaCl (s) 2. Metall reagerar med syra: T.ex. kan magnesiumatomer i en bit magnesiummetall reagera med svavelsyra. Svavelsyra är en stark syra och i vattenlösning är syran därför fullständigt protolyserad (alla svavelsyramolekyler har avgivit två stycken H ). Varje magnesiumatom (låg elektronegativitet) avger då 2 valenselektroner till vätejonerna/protonerna (positivt laddade) vilket innebär att det bildas magnesiumjoner och vätgas (vätejonerna kan skapa en bindning mellan varandra tack vare de 2 elektronerna och då uppstår en vätemolekyl). Magnesiumjonerna kan sedan, om vi låter lösningen indunsta (vattnet avdunstar och jonerna blir kvar), slå sig samman med sulfatjonerna (som redan finns där) och bilda saltet magnesiumsulfat. Mg (s) 2H (aq) SO 4 2 (aq) à Mg 2 (aq) SO 4 2 (aq) H 2 (g) Svavelsyra Saltet magnesiumsulfat

17 Jonföreningar (salter) kan bildas/framställas på flera olika sätt 3. Syra reagerar med bas: Om vi har en sur lösning (en syra löst i vatten) så kan vi neutralisera den genom att tillsätta en basisk lösning (en bas löst i vatten). Det kommer då bildas vatten och ett salt (lösta joner som efter indunstning ger upphov till ett salt). T.ex. kan vi ta en saltsyralösning (saltsyra löst i vatten) och blanda den med en natriumhydroxidlösning (basen natriumhydroxid löst i vatten). Både starka syror och starka baser ger upphov till fria joner i vattenlösning. Vätejonerna (protonerna) från den starka syran slår sig samman med hydroxidjonerna från basen och bildar vatten. Kloridjonerna från syran och natriumjonerna från basen ger (efter indunstning) upphov till saltet natriumklorid. H (aq) Cl (aq) Na (aq) OH (aq) à Na (aq) Cl (aq) H 2 O (aq) Saltsyra Natriumhydroxid Saltet natriumklorid (NaCl) 4. Utfällningsreaktion: En del salter är svårlösliga i vatten och dessa salter kan vi framställa genom att blanda två saltlösningar som vardera innehåller ett av de båda jonslagen. Jonerna som alltså redan finns färdiga slår då ihop sig med varandra och bildar det svårlösliga saltet. Eftersom saltet är svårlösligt så antar det fast form och en utfällning sker i lösningen (lösningen blir p.g.a. detta grumlig och antar ibland en viss färg).

18 Uppgift 5: Vilket salt bildas i följande reaktioner?: a) Klorgas (Cl 2 ) reagerar med metallen magnesium (Mg). b) Några droppar saltsyra (HCl) droppas på en metallbit av zink (Zn). c) Kalcium (Ca) reagerar med svavelsyra (H 2 SO 4 ). Svar: a) Magnesiumklorid (MgCl 2 ). b) Zinkklorid (ZnCl 2 ). c) Kalciumsulfat (CaSO 4 ).

19 Många salter är lösliga i vatten Jonbindning mellan jonerna i saltkristallen Jondipolbindning mellan vattenmolekylerna och jonerna Cl Na Na Cl Cl Na vatten Tillsätter till saltet Cl Na Na Cl Vattenmolekylen är en dipol (en positiv och en negativ sida). Vattenmolekylerna attraheras av jonernas laddningar och sliter därför loss jonerna från saltkristallen. Det skapas jondipolbindningar mellan vattenmolekylerna och jonerna.

20 En del salter är dock svårlösliga i vatten I vissa salter binder jonerna till varandra med väldigt starka jonbindningar och därför löser sig inte saltet i vatten. Vattenmolekylerna klarar helt enkelt inte av att bryta sig in mellan jonerna och bryta jonbindningarna. Det kan också vara så att vattenmolekylerna väljer att inte bryta lös jonerna eftersom de inte attraheras tillräckligt av de olika jonerna och p.g.a. att de vätebindningar som finns mellan vattenmolekylerna, i vissa fall, är betydligt starkare än de jondipolbindningar de kommer kunna skapa med jonerna. NaCl är ett lättlösligt salt AgClär ett svårlösligt salt Cl Na Cl Cl Ag Cl Ag Cl Na Cl Cl Na Ag Cl Ag Cl Ag Om vi blandar ett lättlösligt salt med vatten kommer vattenmolekylerna tränga sig in i saltet, bryta jonbindningarna och själva skapa bindningar till jonerna. Jonerna omringas av vattenmolekyler och separerar därmed dessa från varandra. Om vi blandar ett svårlösligt salt med vatten så kommer vattenmolekylerna inte vilja eller inte kunna tränga sig in i saltet och bryta jonbindningarna. Saltet löser sig därför inte i vattnet.

21 Utfällningar/fällningar kan uppstå när vi blandar två olika saltlösningar med varandra Om vi blandar två olika saltlösningar med varandra (där vardera salt är komplett upplöst) så kan jonerna i de olika saltlösningarna skapa nya kombinationer så att ett svårlösligt salt bildas som "faller ut i lösningen (en utfällning/fällning). När ett salt fälls ut på detta sätt får saltet en fast form eftersom det bildas saltkristaller i lösningen. När en fällning bildas blir lösningen grumlig och ibland antar den också en viss färg. Lättlösligt salt Lättlösligt salt Svårlösligt salt (fällning) Na Cl Ag NO 3 Cl Na Na Cl Ag NO 3 NO 3 Ag Na Ag Cl NO 3 Lösning av saltet natriumklorid (NaCl) Lösning av saltet silvernitrat (AgNO 3 ) Bilden visar en fällning av saltet silverklorid (AgCl) och fria natriumoch nitratjoner som är lösta i vattnet.

22 Vi kan alltså framställa saltet AgCl genom att blanda 2 andra saltlösningar med varandra Na (aq) Cl (aq) Ag (aq) NO 3 (aq) à Na (aq) NO 3 AgCl (s) Saltet NaCl löst i vatten Saltet AgNO 3 löst i vatten Saltet NaNO 3 löst i vatten Saltet silverklorid i fast form Vi kan även skriva ovanstående på följande sätt: NaCl (aq) AgNO 3(aq) à NaNO 3 (aq) AgCl (s)

23 Översikt över jonföreningar Är uppbyggda av joner: Positivt laddade joner (har avgivit elektroner), kallas för katjoner. Negativt laddade joner (har upptagit elektroner), kallas för anjoner. Jonerna kan vara atomjoner eller sammansatta joner. Kemisk beteckning/formel: Positiva jonen skrivs först. Antalet positiva och negativa joner ska balanseras så att nettoladdningen i saltet blir 0. T.ex. MgCl 2 och NaCl. Har följande egenskaper: Hög smältpunkt. Leder ström i flytande och i löst form. Många är lösliga i vatten. Jonföreningar (salter) Har jonbindning: Elektrostatisk attraktion mellan olikladdade joner (positivt resp. negativt laddade joner). Jonbindningen verkar i alla riktningar. Har kristallstruktur: Ett oändligt stort antal joner som binder till varandra i ett tredimensionellt mönster som hela tiden upprepas. Kan bildas/framställas genom: Metall reagerar med ickemetall. Metall reagerar med syra. Syra reagerar med bas. Utfällningsreaktion.

24 Se gärna fler filmer av Niklas Dahrén: