Kovalentní a iontové sloučeniny:

Organizace

–

Předlaboratoř: bez předlaboratoře
–

Režim:
–

Známkování: laboratorní sešit, zpráva po laboratorním vyšetření

–

Bezpečnost: Cíl:
V této laboratoři se seznámíte s pravidly pro pojmenování chemických sloučenin, a to jak iontových, tak kovalentních. Na konci laboratoře byste měli být schopni pojmenovat sloučeniny, se kterými se setkáte v obecné chemii, a také napsat chemický vzorec, pokud je název zadán.

I: Základní informace

Chemie se zabývá hmotou a ve vesmíru existuje obrovské množství různých látek. Chování hmoty závisí na druhu přítomných prvků a na struktuře těchto prvků – na tom, jak jsou spojeny, aby vytvořily molekulu. V tomto cvičení vyhodnotíte několik reprezentativních modelů, abyste si vytvořili pravidla používaná pro klasifikaci sloučeniny, pro předpověď vzorce sloučeniny a pro její pojmenování. Toto cvičení je pouze začátkem práce, kterou je třeba vykonat, abyste si osvojili pravidla psaní vzorců a názvosloví. Vaše učebnice obsahuje tabulky s názvy a vzorci běžných kationtů a aniontů a podrobně probírá pravidla názvosloví. S tímto materiálem budete muset strávit nějaký čas, protože formální pravidla názvosloví nemusí být prezentována na přednáškách, ačkoli budou jistě použita při diskusích o Lewisových strukturách a reakční chemii.

II: Cvičení

Část A: Kovalentní nebo iontová sloučenina?

Mnoho sloučenin, zejména těch, které se probírají v kurzech obecné chemie, se klasifikuje buď jako kovalentní, nebo iontové. Klasifikace sloučeniny závisí na typu chemické vazby mezi prvky ve sloučenině. V této části pracovního listu se naučíte snadno zařadit sloučeniny do jedné z těchto dvou kategorií.

Tabulka 1: Sloučeniny sloučenin: Klasifikace sloučenin
Kovalentní sloučeniny	Iontové sloučeniny
N2O4	AlF3
CO2	KNO3
PCl3	MgO
CH4	Fe2O3
NO2	PbS
O2	Na3N

V kovalentní sloučenině, jsou valenční elektrony sdíleny mezi dvěma atomy ve vazbě. Mohou být sdíleny rovnoměrně (kovalentní vazba) nebo nerovnoměrně (polární kovalentní vazba). V iontové vazbě jsou elektrony lokalizovány na jednom z atomů (což mu dává celkový záporný náboj), zatímco druhý atom má celkový kladný náboj. Rozdíl v elektronegativitě obou atomů ve vazbě může pomoci předpovědět, zda bude vazba pravděpodobně iontová, kovalentní nebo polárně kovalentní, stejně jako typ zúčastněných atomů (kovy nebo nekovy). Vazba se dvěma stejnými atomy je vždy čistě kovalentní, zatímco kovalentní vazba se dvěma různými atomy bude pravděpodobně polárně kovalentní.

Charakteristika kovalentních a iontových sloučenin

Při zodpovídání následujících otázek zvažte tabulku 1.

Jsou prvky v kovalentních sloučeninách kovy, nekovy, nebo směs obou?
Jsou prvky v iontových sloučeninách kovy, nekovy, nebo směs obou?
Porovnejte typy nalezených prvků (kovy nebo nekovy) u obou klasifikací. Jaký trend vidíte v typu přítomných prvků a klasifikaci?

Klasifikace sloučenin

U každé kovalentní sloučeniny klasifikujte typ vazby jako polární nebo nepolární kovalentní.
Jaký trend vidíte v klasifikaci sloučeniny a typu vazby, která vzniká mezi prvky ve sloučenině?
Napište pravidlo, které vám umožní klasifikovat sloučeninu jako iontovou nebo kovalentní na základě toho, co jste se dozvěděli při zkoumání modelu v části A.

Část B: Předpovídání vzorce iontové sloučeniny

V chemickém vzorci se používají indexy k určení počtu druhu atomu ve vzorci. Například O2 se interpretuje jako molekula tvořená dvěma atomy kyslíku a CH3OH se interpretuje jako molekula s jedním uhlíkem, čtyřmi vodíky a jedním kyslíkem. Horní indexy se používají k určení náboje iontu. Al3+ je interpretován jako jediný atom hliníku s nábojem 3+, takže se jedná o kationt hliníku. některé ionty jsou atomární, jako Al3+ nebo F-, ale existují i víceatomární ionty. Víceatomový iont je částice složená z více atomů, které společně nesou iontový náboj. OH- (hydroxidový aniont) je částice složená z jednoho kyslíku a jednoho vodíku, přičemž celý útvar nese záporný náboj; NO3- (dusičnan) má jeden atom dusíku a tři atomy kyslíku, přičemž záporný náboj nese celá částice. Pokud má vzorec sloučeniny horní index, lze předpokládat, že látka je iont, zatímco pokud vzorec horní index nemá, lze předpokládat, že náboj na molekule je nulový (neutrální).

Tabulka 2: Vzorce iontových sloučenin a ionty
Vzorec iontových sloučenin	Kationt ve sloučenině	Aniont ve sloučenině
NaCl	Na+	Cl-
AlPO4	Al3+	PO43-
CuSO4	Cu2+	SO42-
Fe(NO3)3	Fe3+	NO3-
Mg(OH)2	Mg2+	OH-
Fe2O3	Fe3+	O2-
AlF3	Al3+	F-

Charakteristika iontových sloučenin

Při pohledu na první sloupec, jaký náboj mají jednotlivé iontové sloučeniny?
Podle vzorce iontové sloučeniny určete, kolik kationtů a kolik aniontů je přítomno v každé iontové sloučenině?
Jaký je součet celkového náboje kationtů a celkového náboje aniontů? Vezměte v úvahu počet jednotlivých iontů přítomných ve vzorci sloučeniny a také znaménko náboje každého iontu.

Vyrovnání náboje v iontových sloučeninách

Proč má AlF3 ve vzorci iontové sloučeniny více iontů F- než NaF?
Proč jsou ve vzorcích s více víceatomovými ionty ve sloučenině nutné závorky?
Uvažujme kationt s nábojem 4+ a aniont s nábojem 2- . Kolik kationtů a kolik aniontů by bylo potřeba pro iontovou sloučeninu vytvořenou mezi těmito dvěma ionty?
Napište pravidlo, které vám umožní předpovědět počet kationtů a aniontů přítomných ve vzorci iontové sloučeniny. Sestavte seznam toho, co potřebujete vědět, abyste mohli napsat vzorec iontové sloučeniny.

Část C: Názvosloví kovalentních a iontových sloučenin

Názvosloví je systematické pojmenování sloučenin tak, aby byly sděleny počty a druhy prvků nebo iontů přítomných ve sloučenině. Pochopení pravidel názvosloví nabývá v organické chemii na důležitosti, protože existují miliony organických sloučenin, které obsahují pouze C, H a O – abyste sdělili, o které sloučenině mluvíte, musíte pochopit, jak sloučeninu pojmenovat, když je dán vzorec nebo struktura, a jak z názvu zapsat vzorec nebo strukturu sloučeniny. Například dimethylether a ethanol mají oba dva uhlíky, jeden kyslík a šest atomů vodíku, ale jedna z těchto molekul se dá použít jako mrazivý sprej k odstranění bradavic a jedna je látka tlumící nervový systém, po které se lidé opíjejí. je mnohem jednodušší označit ethanol jako ethanol než jako organickou sloučeninu se dvěma uhlíky, šesti vodíky a jedním kyslíkem, po které se lidé opíjejí. Zkoumání názvosloví začneme jednoduchými kovalentními sloučeninami a iontovými sloučeninami. Názvosloví není obtížné, ale je… nudné. Při názvosloví se nevyhnete určitému zapamatování. Pravidla názvosloví a vzorce a náboje různých iontů je třeba znát, aby bylo možné správně pojmenovat sloučeniny ze vzorců nebo zapsat vzorce z názvů.

Tabulka 3: Kovalentní sloučeniny a jejich názvy
Kovalentní sloučenina	Název
N2O4	dinitrogen tetroxid
CO2	oxid uhličitý
PCl3	trichlorid fosforitý
CO	oxid uhelnatý
NO2	oxid dusičitý
HCl	chlorovodík

Nomenklatura kovalentních sloučenin

Pro kovalentní sloučeniny v tabulce 3, odpovězte na následující otázky.

Je první prvek zapsaný ve vzorci elektronegativnější z prvků ve vzorci, nebo méně elektronegativní z prvků? Mění se toto pořadí v názvu sloučeniny? Co se mění v názvu sloučeniny?
Popište, jak je v názvu sloučeniny sdělen počet prvků ve vzorci.
Uvažujte o sloučeninách ve výše uvedené tabulce s uhlíkem a kyslíkem nebo s dusíkem a kyslíkem. Proč je důležité sdělit počty jednotlivých prvků v názvu? Proč by například nešlo uvést název oxid uhelnatý pro sloučeninu, která se skládá z uhlíku a kyslíku?

Tabulka 4: Které sloučeniny jsou nejvhodnější? Iontové sloučeniny a jejich názvy
Vzorec Iontové sloučeniny	Kationt a Název kationtu	Aniont a Název aniontu	Název Iontové sloučeniny
NaCl	Na+, sodný ion	Cl-, chloridový ion	chlorid sodný
AlPO4	Al3+, hlinitý ion	PO43-, fosforečnanový ion	fosforečnan hlinitý
CuSO4	Cu2+, měďnatý(II) ion	SO42-, síranový ion	síran měďnatý(II)
KNO3	K+, draselný ion	NO3-, dusičnanový ion	dusičnan draselný
Mg(OH)2	Mg2+, hořečnatý ion	OH-, hydroxidový ion	hydroxid hořečnatý
Fe2O3	Fe3+, ion železa(III)	O2-, oxidový ion	oxid železa(III)
AlF3	Al3+, hlinitý ion	F-, fluoridový ion	fluorid hlinitý

Nomenklatura iontových sloučenin

Pro iontové sloučeniny v tabulce 4 odpovězte na následující otázky.

Píše se ve vzorci na prvním místě kationt nebo aniont? Mění se toto pořadí v názvu?
Je ve vzorci sdělen počet kationtů nebo aniontů v názvu sloučeniny? Proč si myslíte, že je to zbytečné?
Názvy kationtů jsou stejné jako názvy prvků pro kovy hlavní skupiny v tabulce, ale ne pro kationty mědi a železa. Jaký význam má římská číslice v názvech kationtů mědi a železa?

Analýza názvoslovných pravidel

Napište krátký popis pravidel pro pojmenování kovalentních sloučenin na základě sloučenin prozkoumaných v tabulce č. 3. Jaké jsou jejich názvy?
Jestliže aniont kyslíku se nazývá oxid a aniont chloru se nazývá chlorid, předpovězte název aniontů síry, bromu a dusíku. Jaký by měl každý z těchto aniontů náboj?
Napište stručný popis pravidel pro pojmenovávání kovalentních sloučenin na základě sloučenin prozkoumaných v tabulce č. 4.
Proč není nutné uvádět náboj kationtů alkalických kovů nebo kovů alkalických zemin, ale je nutné uvádět náboj kationtů přechodných kovů?

Toto byl stručný úvod do systematického pojmenování kovalentních a iontových sloučenin. Byl zde představen jen malý zlomek z mnoha možných sloučenin, ale pokud znáte pravidla názvosloví a znáte vzorce iontů, můžete pojmenovat cokoli nebo interpretovat jakýkoli název.

Část D: Názvosloví aniontů – -idy, -ity, -áty

Tabulka 5: Názvy různých iontů síry, dusíku, a fosforu
Vzorec	Název	Vzorec	Název	Vzorec	Název
S2-	sulfidový ion	N3-	nitridový ion	P3-	fosfidový ion
SO32-	siřičitanový ion	NO2-	dusitanový ion	PO33-	fosfitový ion
SO42-	síranový ion	NO3-	dusičnanový ion	PO43-	fosforečnanový ion

Pojmenování aniontů síry, dusíku a fosforu

Jak u -idových aniontů souvisí náboj aniontu s elektronovou konfigurací neutrálního prvku a polohou prvku v periodické tabulce? Jak se mění elektronová konfigurace prvku, když tvoří uvedený aniont?
Jak se mění vzorec aniontu v řadě aniontů téhož prvku (například anionty obsahující síru) při přechodu od -idového aniontu k -itovému a -átovému aniontu?
Jaký trend vidíte v počtu atomů kyslíku u -átových forem aniontů k -itovým formám aniontů? Jaký trend vidíte v náboji -átových a -itových forem aniontů?
Napište tvrzení, které popisuje, jak byste mohli předpovědět náboj aniontu prvku, který by měl koncovku -id (například chorid nebo sulfid).
Obecný název pro soubor aniontů na -át a -it je oxyaniont. Vysvětlete, proč se tyto ionty nazývají oxyanionty.
Napište tvrzení, které by popisovalo, jak určit vzorec -itového aniontu prvku ze vzorce -átového aniontu tohoto prvku.

Část E: Názvosloví aniontů – per-ates, -ates, -ites, hypo-ites

Vezměme v úvahu tabulku 6 níže.

Tabulka 6: Názvy různých iontů chloru a bromu
Vzorec	Název	Vzorec	Název
ClO4-	chlorečnanový ion	BrO4-	perbromanový ion
ClO3-	chlorečnanový ion	BrO3-	bromičnanový ion
ClO2-	chloritanový ion	BrO2-	bromičnanový ion
ClO-	chloritanový ion	BrO-	hypochromitanový iont

Pojmenování aniontů chloru a bromu

Počínaje chlorečnany a bromičnany, Popište změnu vzorce, která je patrná u chloristanu a bromičnanu.
Počínaje chlorečnanem a bromičnanem popište změnu ve vzorci, která je patrná u chlornanu a hyperbromnanu.
Napište obecné tvrzení, které popisuje, jak ze vzorce -átového aniontu dané sloučeniny určit vzorec per-átového aniontu prvku.
Napište obecné tvrzení, které popisuje, jak určit vzorec hypo-itového aniontu prvku ze vzorce -itového aniontu této sloučeniny.

Část F: Názvosloví kyslíkatých kyselin -ité a -ité kyseliny

Uvažujte o níže uvedené tabulce č. 7.

Tabulka 7: Klasifikace typů sloučenin
Vzorec kyseliny	Anion	Název kyseliny
HClO4	ClO4-, chlorečnanový ion	kyselina chlorová
HClO3	ClO3-, chlorečnanový ion	kyselina chloristá
HClO2	ClO2-, chloritanový ion	kyselina chlorová
HClO	ClO-, chlornanový ion	kyselina chlorná
H2SO4	SO42-, síranový ion	kyselina sírová
H2SO3	SO32-, siřičitanový ion	kyselina sírová
HNO3	NO3-, dusičnanový ion	kyselina dusičná
HNO2	NO2-, dusitanový ion	kyselina dusičná
H2CO3	CO32-, uhličitanový ion	kyselina uhličitá

Pojmenování oxokyselin

Jaká je identita kationtu u jednotlivých kyselin?
Jaká je tendence v názvu kyselin u oxyaniontů na -át?
Jaký je trend v názvech kyselin na -ité oxyanionty?
Napište obecné tvrzení, které popisuje, jak předpovědět vzorec a název oxokyseliny, je-li dán vzorec a název oxyaniontu.

Část G: Názvoslovné bingo

Vyučující vám poskytne bingo kartu obsahující směs chemických vzorců a názvů. Vyvolá chybějící informace a vy musíte označit, zda máte odpovídající vzorec nebo název. Student, který jako první najde pět shodných vzorců v řadě, sloupci nebo úhlopříčce, vyvolá další sadu chemických látek.