Kovalente und ionische Verbindungen: Klassifizierung, Formeln und Nomenklatur

Organisation

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  Vorlabor: kein Vorlabor

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  Modus: Untersuchung, 2er-Gruppen

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  Benotung: Laborjournal, Nachbericht

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  Sicherheit: Keine besonderen Sicherheitsanforderungen

I: Hintergrund

Die Chemie befasst sich mit Materie, und es gibt eine enorme Vielfalt an Materie im Universum. Das Verhalten der Materie hängt von der Art der vorhandenen Elemente und von der Struktur dieser Elemente ab – wie sie zu einem Molekül verbunden sind. In dieser Übung werden Sie einige repräsentative Modelle bewerten, um die Regeln zu entwickeln, die zur Klassifizierung einer Verbindung, zur Vorhersage der Formel einer Verbindung und zur Benennung der Verbindung verwendet werden. Diese Übung ist nur der Anfang der Arbeit, die notwendig ist, um die Regeln für das Schreiben von Formeln und die Nomenklatur zu beherrschen. Ihr Lehrbuch enthält Tabellen mit den Namen und Formeln gängiger Kationen und Anionen und behandelt die Regeln der Nomenklatur im Detail. Sie werden einige Zeit mit diesem Material verbringen müssen, da die formalen Regeln der Nomenklatur in der Vorlesung möglicherweise nicht vorgestellt werden, obwohl sie sicherlich in Diskussionen über Lewis-Strukturen und Reaktionschemie verwendet werden.

II: Übungen

Teil A: Kovalente oder ionische Verbindung?

Viele Verbindungen, insbesondere die, die in allgemeinen Chemiekursen behandelt werden, werden entweder als kovalente oder als ionische Verbindungen klassifiziert. Die Klassifizierung einer Verbindung hängt von der Art der chemischen Bindung zwischen den Elementen in der Verbindung ab. In diesem Teil des Arbeitsblattes lernst du, wie du Verbindungen leicht in eine der beiden Kategorien einordnen kannst.

in einer kovalenten Verbindung, werden die Valenzelektronen zwischen den beiden Atomen in der Bindung geteilt. Diese können gleichmäßig verteilt sein (kovalente Bindung) oder ungleichmäßig verteilt sein (polare kovalente Bindung). Bei einer Ionenbindung sind die Elektronen an einem der Atome lokalisiert (was ihm eine negative Gesamtladung verleiht), während das andere Atom eine positive Gesamtladung hat. Der Unterschied in der Elektronegativität zwischen den beiden Atomen in der Bindung kann dabei helfen, vorherzusagen, ob es sich um eine ionische, kovalente oder polare kovalente Bindung handelt, ebenso wie die Art der beteiligten Atome (Metalle oder Nichtmetalle). Eine Bindung mit zwei identischen Atomen ist immer rein kovalent, während eine kovalente Bindung mit zwei verschiedenen Atomen wahrscheinlich polar kovalent ist.

Merkmale kovalenter und ionischer Verbindungen

Berücksichtigen Sie bei der Beantwortung der folgenden Fragen Tabelle 1.

• Sind die Elemente in den kovalenten Verbindungen Metalle, Nichtmetalle oder eine Mischung aus beiden?

• Sind die Elemente in den ionischen Verbindungen Metalle, Nichtmetalle oder eine Mischung aus beidem?

• Vergleichen Sie die Art der gefundenen Elemente (Metalle oder Nichtmetalle) für die beiden Klassifizierungen. Welche Tendenz sehen Sie bei der Art des vorhandenen Elements und der Klassifizierung?

Klassifizierung von Verbindungen

• Klassifizieren Sie für jede kovalente Verbindung die Art der Bindung als polar oder unpolar kovalent.

• Welche Tendenz erkennen Sie bei der Klassifizierung der Verbindung und der Art der Bindung, die zwischen den Elementen in der Verbindung gebildet wird?

• Schreibe eine Regel, die es dir ermöglicht, eine Verbindung als ionisch oder kovalent zu klassifizieren, und zwar auf der Grundlage dessen, was du bei der Untersuchung des Modells in Teil A gelernt hast.

Teil B: Vorhersage der Formel einer ionischen Verbindung

In einer chemischen Formel werden tiefgestellte Indizes verwendet, um die Anzahl der Atome einer Art in der Formel anzugeben. So wird z. B. O2 als ein aus zwei Sauerstoffatomen bestehendes Molekül interpretiert und CH3OH als ein Molekül mit einem Kohlenstoff, vier Wasserstoffen und einem Sauerstoff. Hochgestellte Buchstaben werden verwendet, um die Ladung eines Ions anzugeben. Al3+ wird als ein einzelnes Aluminiumatom mit einer Ladung von 3+ interpretiert und ist damit das Aluminiumkation.Einige Ionen sind atomar, wie Al3+ oder F-, aber es gibt auch polyatomare Ionen. Ein mehratomiges Ion ist ein Teilchen, das aus mehr als einem Atom besteht, das gemeinsam eine ionische Ladung trägt. OH- (das Hydroxidanion) ist ein Teilchen aus einem Sauerstoff- und einem Wasserstoffatom, und das gesamte Teilchen ist negativ geladen; NO3- (Nitrat) besteht aus einem Stickstoff- und drei Sauerstoffatomen, und das gesamte Teilchen ist negativ geladen. Ist die Formel einer Verbindung hochgestellt, so kann davon ausgegangen werden, dass es sich um ein Ion handelt; ist die Formel nicht hochgestellt, so kann davon ausgegangen werden, dass die Ladung des Moleküls null (neutral) ist.

Charakteristika ionischer Verbindungen

• Betrachte die erste Spalte, Wie hoch ist die Ladung jeder ionischen Verbindung?

• Wie viele Kationen und wie viele Anionen sind nach der Formel der Ionenverbindung in jeder Ionenverbindung vorhanden?

• Wie hoch ist die Summe der gesamten Kationenladung plus der gesamten Anionenladung? Berücksichtigen Sie die Anzahl der einzelnen Ionen in der Formel der Verbindung sowie das Vorzeichen der Ladung der einzelnen Ionen.

Ladungsausgleich in ionischen Verbindungen

• Warum hat AlF3 mehr F- Ionen in der Formel der ionischen Verbindung als NaF?

• Warum werden Klammern in den Formeln mit mehreren mehratomigen Ionen in der Verbindung benötigt?

• Betrachten Sie ein Kation mit einer 4+ Ladung und ein Anion mit einer 2-Ladung. Wie viele Kationen und wie viele Anionen werden für eine ionische Verbindung benötigt, die zwischen diesen beiden Ionen gebildet wird?

• Schreiben Sie eine Regel, mit der Sie die Anzahl der Kationen und Anionen in der Formel einer ionischen Verbindung vorhersagen können. Erstelle eine Liste der Dinge, die du wissen musst, um die Formel einer ionischen Verbindung schreiben zu können.

Teil C: Nomenklatur für kovalente und ionische Verbindungen

Nomenklatur ist die systematische Benennung von Verbindungen, so dass die Anzahl und Art der in der Verbindung vorhandenen Elemente oder Ionen mitgeteilt werden. Das Verständnis der Nomenklaturregeln wird in der organischen Chemie immer wichtiger, da es Millionen von organischen Verbindungen gibt, die nur C, H und O enthalten. Um mitteilen zu können, über welche Verbindung man spricht, muss man wissen, wie man die Verbindung benennt, wenn man eine Formel oder Struktur erhält, und wie man die Formel oder Struktur einer Verbindung aus dem Namen ableitet. Zum Beispiel haben Dimethylether und Ethanol beide zwei Kohlenstoffe, einen Sauerstoff und sechs Wasserstoffatome, aber eines dieser Moleküle kann als Gefrierspray verwendet werden, um Warzen zu entfernen, und das andere ist ein Mittel zur Beruhigung des Nervensystems, das betrunken macht.Es ist viel einfacher, Ethanol als Ethanol zu bezeichnen als die organische Verbindung mit zwei Kohlenstoffen, sechs Wasserstoffen und einem Sauerstoff, die betrunken macht. Wir beginnen die Erforschung der Nomenklatur mit einfachen kovalenten Verbindungen und mit ionischen Verbindungen. Nomenklatur ist nicht schwierig, aber … mühsam. Um ein gewisses Auswendiglernen kommt man bei der Nomenklatur nicht herum. Die Regeln der Nomenklatur und die Formeln und Ladungen der verschiedenen Ionen müssen bekannt sein, um Verbindungen anhand von Formeln korrekt zu benennen oder die Formeln anhand von Namen zu schreiben.

Nomenklatur der kovalenten Verbindungen

Für die kovalenten Verbindungen in Tabelle 3, Beantworten Sie die folgenden Fragen.

• Ist das erste Element in der Formel das elektronegativere der Elemente in der Formel oder das weniger elektronegative der Elemente? Ändert sich diese Reihenfolge in der Bezeichnung der Verbindung? Was ändert sich im Namen der Verbindung?

• Beschreibe, wie die Anzahl der Elemente in der Formel im Namen der Verbindung mitgeteilt wird.

• Betrachte die Verbindungen in der obigen Tabelle mit Kohlenstoff und Sauerstoff oder mit Stickstoff und Sauerstoff. Warum ist es wichtig, die Nummern der einzelnen Elemente im Namen anzugeben? Warum würde es z. B. nicht funktionieren, eine Verbindung, die aus Kohlenstoff und Sauerstoff besteht, als Kohlenstoffoxid zu bezeichnen?

Nomenklatur der ionischen Verbindungen

Beantworte für die ionischen Verbindungen in Tabelle 4 die folgenden Fragen.

• Wird in der Formel das Kation oder das Anion zuerst geschrieben? Ändert sich diese Reihenfolge im Namen?

• Wird die Anzahl der Kationen oder Anionen in der Formel im Namen der Verbindung mitgeteilt? Warum halten Sie dies für unnötig?

• Die Namen der Kationen entsprechen den Namen der Elemente für die Hauptgruppenmetalle in der Tabelle, nicht aber für die Kationen von Kupfer und Eisen. Welche Bedeutung haben die römischen Ziffern in den Namen der Kationen von Kupfer und Eisen?

Analyse der Nomenklaturregeln

• Beschreibe kurz die Regeln für die Benennung von kovalenten Verbindungen anhand der in Tabelle 3 untersuchten Verbindungen.

• Wenn das Anion des Sauerstoffs als Oxid und das Anion des Chlors als Chlorid bezeichnet wird, sagen Sie den Namen der Anionen des Schwefels, Broms und Stickstoffs voraus. Wie lautet die Ladung für jedes dieser Anionen?

• Beschreiben Sie kurz die Regeln für die Benennung von kovalenten Verbindungen anhand der in Tabelle 4 untersuchten Verbindungen.

• Warum ist es nicht notwendig, die Ladung der Kationen der Alkalimetalle oder der Erdalkalimetalle anzugeben, aber es ist notwendig, die Ladung der Kationen der Übergangsmetalle anzugeben?

Dies war eine kurze Einführung in die systematische Benennung von kovalenten und ionischen Verbindungen. Nur ein kleiner Teil der vielen möglichen Verbindungen wurde hier vorgestellt, aber wenn man die Regeln der Nomenklatur kennt und die Formeln der Ionen weiß, kann man alles benennen oder jeden Namen interpretieren.

Teil D: Nomenklatur der Anionen – die -iden, die -iten, die -aten

Benennung von Anionen von Schwefel, Stickstoff und Phosphor

• Wie hängt die Ladung des Anions bei den -id-Anionen mit der Elektronenkonfiguration des neutralen Elements und der Position des Elements im Periodensystem zusammen? Wie ändert sich die Elektronenkonfiguration des Elements, wenn es das angegebene Anion bildet?

• Was ändert sich in der Formel des Anions in der Reihe der Anionen desselben Elements (z. B. der schwefelhaltigen Anionen), wenn man vom -id-Anion zum -it- und zum -at-Anion übergeht?

• Welche Tendenz sehen Sie bei der Anzahl der Sauerstoffatome in den -ate-Formen der Anionen zu den -ite-Formen der Anionen? Welche Tendenz sehen Sie bei der Ladung der -ate und der -ite Anionen?

• Beschreiben Sie, wie Sie die Ladung des Anions eines Elements mit der Endung -id vorhersagen könnten (z. B. Chorid oder Sulfid).

• Die allgemeine Bezeichnung für die Gruppe der -at- und -it-Anionen ist Oxyanion. Erkläre, warum diese Ionen Oxyanionen genannt werden.

• Schreibe eine Erklärung, die beschreibt, wie man die Formel des -it-Anions eines Elements aus der Formel des -at-Anions dieses Elements bestimmen kann.

Teil E: Nomenklatur der Anionen – die Per-aten, die -aten, die -iten, die Hypo-iten

Man beachte die folgende Tabelle 6.

Benennung der Anionen von Chlor und Brom

• Beginnen Sie mit Chlorat und Bromat, Beschreibe die Änderung der Formel für Perchlorat und Perbromat.

• Beschreibe, ausgehend von Chlorat und Bromat, die Veränderung der Formel von Hypochlorit und Hypobromit.

• Schreibe eine allgemeine Aussage, die beschreibt, wie man die Formel des Per-at-Anions eines Elements aus der Formel des -at-Anions dieser Verbindung bestimmt.

• Gib eine allgemeine Aussage an, die beschreibt, wie man die Formel des Hypoit-Anions eines Elements aus der Formel des -it-Anions dieser Verbindung bestimmen kann.

Teil F: Nomenklatur der Sauerstoffsäuren – die -ischen Säuren und die -igen Säuren

Betrachte die folgende Tabelle 7.

Benennung der Sauerstoffsäuren

• Wie lautet die Identität des Kations für jede der Säuren?

• Wie lautet die Tendenz bei der Benennung der Säuren der -at-Oxyanionen?

• Wie lautet die Tendenz bei den Namen der Säuren der -it-Oxyanionen?

• Schreiben Sie eine allgemeine Aussage, die beschreibt, wie man die Formel und den Namen einer Oxysäure vorhersagen kann, wenn man die Formel und den Namen des Oxyanions kennt.

Teil G: Nomenklatur-Bingo

Ihr Ausbilder gibt Ihnen eine Bingo-Karte mit einer Mischung aus chemischen Formeln und Namen. Er ruft die fehlenden Informationen auf, und Sie müssen angeben, ob Sie die passende Formel oder den passenden Namen haben. Der erste Schüler, der fünf Treffer in einer Reihe, Spalte oder Diagonale erzielt, ruft die nächste Gruppe von Chemikalien auf.