Jonai, molekulės ir elektriškai neutralios medžiagos

Krūvį lemia krūvių balansas

Jonas yra atomas arba atomų grupė, turinti bendrąjį elektrinį krūvį. Teigiamai įkrautas jonas yra katijonas, o neigiamai įkrautas jonas – anijonas. Vienatomio jono krūvis, išreikštas elementariojo krūvio vienetais, lygus protonų skaičiui minus elektronų skaičius. Dešimt protonų ir aštuoni elektronai suteikia bendrąjį krūvį +2; dešimt protonų ir vienuolika elektronų – −1.

Tai krūvio apskaita, o ne išsamus jono susidarymo paaiškinimas. Netekus dviejų elektronų, vienatomio jono krūvis padidėja dviem krūvio vienetais. Prisijungus elektroną, jis sumažėja vienu vienetu. Įprastai susidarant jonui, atomas nevirsta kito elemento atomu, nes jo protonų skaičius lieka nepakitęs.

Vienas atomas arba krūvį turinti grupė

Na⁺ yra vienatomis jonas: vienas natrio branduolys ir tiek elektronų, kad jono krūvis būtų +1. OH⁻ yra daugiaatomis jonas: deguonies ir vandenilio grupė, kurios bendrasis krūvis yra −1. Krūvis priklauso visai grupei. Tai nereiškia, kad grupėje yra vienas papildomas vandenilio atomas arba kad kiekvienas ją sudarantis atomas turi tokį patį bendrąjį krūvį.

Naudingi įvadiniai pavyzdžiai yra kalcio jonas Ca²⁺, chlorido jonas Cl⁻, hidroksido jonas OH⁻ ir fosfato jonas PO₄³⁻. Dažnai pasitaikančių jonų pavadinimų ir krūvių mokėjimas gali padėti skaityti formules. Nėra visuotinės taisyklės, kad kiekvienas elemento atomas visada sudaro tik vieno krūvio jonus; pavyzdžiui, pereinamieji metalai junginiuose dažnai turi kelis oksidacijos laipsnius.

Teigiamųjų ir neigiamųjų krūvių balansas

Joninis junginys makroskopiniu mastu yra elektriškai neutralus. Vieno Ca²⁺ ir dviejų Cl⁻ jonų bendrasis krūvis yra +2 + 2(−1) = 0, todėl kalcio chlorido formulė rašoma CaCl₂. Apatinis dešinysis indeksas 2 nurodo chlorido ir kalcio jonų skaičiaus santykį, o viršutinis indeksas prie atskiro jono žymi jo krūvį. Apatiniai indeksai ir krūvio žymenys atlieka skirtingas funkcijas.

Kalcio fosfate trys Ca²⁺ jonai atsveria dviejų PO₄³⁻ jonų krūvį: 3(+2) + 2(−3) = 0. Formulė yra Ca₃(PO₄)₂. Skliaustai rodo, kad į santykį įtraukiamos dvi ištisos fosfato grupės. Neutralumas yra naudinga sąlyga; vien jis neįrodo, kad siūloma medžiaga yra stabili, prieinama ar teisingai identifikuota.

Joninio junginio formulė nebūtinai aprašo vieną molekulę

Natrio chlorido kristale natrio ir chlorido jonai sudaro erdvinę struktūrą. NaCl išreiškia jų 1:1 santykį; tai nėra teiginys, kad kietąją medžiagą sudaro atskiros NaCl molekulės. Formulinis vienetas yra šia sudėtimi pagrįstas skaičiavimo vienetas, o ne būtinai atskiras objektas, kurį būtų galima išskirti.

Vaizdavimas priklauso nuo aplinkos. Joninė kietoji medžiaga, ištirpę jonai ir dujinės fazės klasteris yra skirtingos fizikinės situacijos. Šioje pamokoje naudojami įvadiniai kietųjų medžiagų sudėties aprašai ir jonų krūvių apskaita. Vėlesniuose skyriuose apie cheminius ryšius ir tirpalus aiškinamos sąveikos ir tai, kaip esančios cheminės dalelės priklauso nuo medžiagos ir sąlygų.

Išnagrinėti pavyzdžiai

Pabandykite patys

1. Natrio Z = 11. Kiek elektronų turi Na⁺?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   10.

   Vienuolika teigiamų protonų krūvių ir dešimt neigiamų elektronų krūvių sudaro suminį krūvį +1.

2. Chloro Z = 17. Kiek elektronų turi Cl⁻?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   18.

   Kai elektronų yra vienu daugiau nei protonų, suminis krūvis yra −1.

3. Koks Ca²⁺ ir Cl⁻ jonų santykis subalansuoja krūvius?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Vienas kalcio jonas dviem chlorido jonams.

   (+2) + 2(−1) = 0; elektriškai neutralios sudėties formulė yra CaCl₂.

4. Ar NaCl formulė patvirtina, kad įprastame kristale yra atskirų NaCl molekulių?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Ne.

   Kristalas yra erdvinė jonų struktūra; formulė išreiškia jo jonų santykį.

Ką verta įsidėmėti

• Vienatomių jonų krūvis = protonų skaičius − elektronų skaičius.
• Daugiaatomio jono krūvis taikomas visai grupei.
• Apatiniai indeksai nurodo sudedamųjų dalių skaičių, viršutiniai – krūvį.
• Elektrinis neutralumas leidžia patikrinti jonų santykius pagal nurodytą cheminių dalelių modelį.