Covalente en Ionische verbindingen: Classification, Formulas, and Nomenclature

Organization

• –

  Pre-Lab: geen pre-lab

• –

  Wijze: onderzoek, groepjes van 2

• –

  Beoordeling: labschrift, post-lab verslag

• –

  Veiligheid: Geen specifieke veiligheidsvoorschriften

I: Achtergrond

Scheikunde houdt zich bezig met materie, en er is een enorme verscheidenheid aan materie in het heelal. Het gedrag van materie hangt af van het soort elementen dat aanwezig is en van de structuur van die elementen: hoe zijn ze met elkaar verbonden om een molecuul te vormen. In deze oefening ga je enkele representatieve modellen evalueren om de regels te ontwikkelen die worden gebruikt om een verbinding te classificeren, de formule van een verbinding te voorspellen en de verbinding een naam te geven. Deze oefening is slechts het begin van het werk dat nodig is om de regels van het schrijven van formules en nomenclatuur onder de knie te krijgen. Je tekstboek bevat tabellen met de namen en formules van veel voorkomende kationen en anionen, en bespreekt de regels van de nomenclatuur in detail. De formele regels van de nomenclatuur komen in het hoorcollege niet aan de orde, maar worden wel gebruikt bij de bespreking van Lewis-structuren en reactiechemie.

II: Oefeningen

Deel A: Covalente of Ionische verbinding?

Veel verbindingen, vooral die welke in algemene scheikundecursussen worden besproken, worden ingedeeld in ofwel covalente verbindingen ofwel ionische verbindingen. De classificatie van een verbinding hangt af van het type chemische binding tussen de elementen in de verbinding. In dit deel van het werkblad leer je om verbindingen eenvoudig in te delen in een van de twee categorieën.

In een covalente verbinding, worden de valentie-elektronen gedeeld door de twee atomen in de binding. Deze kunnen gelijkmatig gedeeld zijn (covalente binding) of ongelijkmatig gedeeld (polaire covalente binding). In een ionische binding zijn de elektronen gelokaliseerd in één van de atomen (waardoor het een totale negatieve lading heeft), terwijl het andere atoom een totale positieve lading heeft. Het verschil in elektronegativiteit tussen de twee atomen in de binding kan helpen voorspellen of de binding waarschijnlijk ionisch, covalent of polair covalent zal zijn, net als het type atomen in kwestie (metalen of niet-metalen). Een binding met twee identieke atomen is altijd zuiver covalent, terwijl een covalente binding met twee verschillende atomen waarschijnlijk polair covalent zal zijn.

Karakteristieken van covalente en ionische verbindingen

Beschouw tabel 1 bij het beantwoorden van de volgende vragen.

• Zijn de elementen in de covalente verbindingen metalen, niet-metalen, of een mengsel van beide?

• Zijn de elementen in de ionische verbindingen metalen, niet-metalen, of een mengsel van beide?

• Vergelijk de soorten gevonden elementen (metalen of niet-metalen) voor de twee classificaties. Welke tendens zie je in het soort element dat aanwezig is en de classificatie?

Classificatie van verbindingen

• Deel voor elke covalente verbinding het type binding in als polair of niet-polair covalent.

• Welke tendens ziet u in de indeling van de verbinding en het type binding dat tussen de elementen in de verbinding wordt gevormd?

• Schrijf een regel waarmee je een verbinding als ionisch of covalent kunt classificeren op basis van wat je hebt geleerd van het onderzoeken van het model in deel A.

Deel B: De formule van een ionische verbinding voorspellen

In een chemische formule worden subcripts gebruikt om de nummers van een type atoom in de formule aan te geven. Bijvoorbeeld, O2 wordt geïnterpreteerd als een molecuul gevormd door twee zuurstofatomen, en CH3OH wordt geïnterpreteerd als een molecuul met één koolstof, vier hydrogenen, en één zuurstof. Superscripts worden gebruikt om de lading van een ion aan te geven. Al3+ wordt geïnterpreteerd als een enkel aluminiumatoom met een lading van 3+, waardoor dit het aluminiumkation is.Sommige ionen zijn atomair, zoals Al3+ of F-, maar er zijn ook polyatomische ionen. Een polyatomisch ion is een deeltje dat bestaat uit meer dan één atoom, dat samen een ionische lading draagt. OH- (het hydroxide anion) is een deeltje van één zuurstof en één waterstof, en het geheel heeft een negatieve lading; NO3- (nitraat) heeft één stikstof en drie zuurstofatomen, met een negatieve lading gedragen door het gehele deeltje. Als de formule van een verbinding een superscript heeft, kan worden aangenomen dat de stof een ion is, terwijl als de formule geen superscript heeft, kan worden aangenomen dat de lading van het molecuul nul (neutraal) is.

Karakteristieken van Ionische Verbindingen

• Als u naar de eerste kolom kijkt, wat is de lading van elke ionische verbinding?

• Uitgaande van de formule van de ionische verbinding, hoeveel kationen en hoeveel anionen zijn er in elke ionische verbinding aanwezig?

• Wat is de som van de totale kationlading plus de totale anionlading? Houd rekening met het aantal ionen dat in de formule van de verbinding voorkomt, en met het teken van de lading van elk ion.

Balanslading in ionische verbindingen

• Waarom heeft AlF3 meer F- ionen in de formule van de ionische verbinding dan NaF?

• Waarom zijn haakjes nodig in de formules met meerdere polyatomische ionen in de verbinding?

• Beschouw een kation met een 4+ lading en een anion met een 2- lading. Hoeveel kationen en hoeveel anionen zouden er nodig zijn voor een ionische verbinding die tussen deze twee ionen wordt gevormd?

• Schrijf een regel waarmee je het aantal kationen en anionen in de formule van een ionische verbinding kunt voorspellen. Maak een lijst van wat je moet weten om de formule van een ionische verbinding te kunnen schrijven.

Deel C: Nomenclatuur voor covalente en ionische verbindingen

Nomenclatuur is de systematische naamgeving van verbindingen, zodat de aantallen en soorten elementen of ionen die in de verbinding aanwezig zijn, worden meegedeeld. Inzicht in de regels van de nomenclatuur wordt steeds belangrijker in de organische scheikunde, omdat er miljoenen organische verbindingen zijn die alleen C, H en O bevatten – om mee te delen over welke verbinding je het hebt, moet je begrijpen hoe je de verbinding moet benoemen als je een formule of structuur krijgt, en hoe je de formule of structuur van een verbinding uit de naam kunt afleiden. Bijvoorbeeld, dimethylether en ethanol hebben beide twee koolwaterstoffen, een zuurstof en zes waterstofatomen, maar een van deze moleculen kan worden gebruikt als een bevriezingsspray om wratten te verwijderen, en een is een zenuwdepressivum dat mensen dronken maakt. Het is veel gemakkelijker om ethanol ethanol te noemen dan de organische verbinding met twee koolwaterstoffen, zes hydrogenen, en een zuurstof die mensen dronken maakt. We beginnen de verkenning van de nomenclatuur met eenvoudige covalente verbindingen en met ionische verbindingen. Nomenclatuur is niet moeilijk, maar wel… vervelend. Je kunt er niet omheen om de nomenclatuur uit je hoofd te leren. De regels van de nomenclatuur en de formules en ladingen van verschillende ionen moeten bekend zijn, om verbindingen correct te kunnen benoemen aan de hand van formules of de formules te kunnen schrijven aan de hand van namen.

Nomenclatuur van covalente verbindingen

Voor de covalente verbindingen in tabel 3, beantwoord de volgende vragen.

• Is het eerste element dat in de formule wordt geschreven het meest elektronegatieve van de elementen in de formule, of het minst elektronegatieve van de elementen? Verandert deze volgorde in de naam van de verbinding? Wat verandert er in de naam van de verbinding?

• Beschrijf hoe het aantal elementen in de formule wordt meegedeeld in de naam van de verbinding.

• Beschouw de verbindingen in de tabel hierboven met koolstof en zuurstof of met stikstof en zuurstof. Waarom is het belangrijk om de nummers van elk element in de naam te vermelden? Waarom zou het bijvoorbeeld niet werken om de naam koolstofoxide te geven voor een verbinding die bestaat uit koolstof en zuurstof?

Nomenclatuur van Ionische Verbindingen

Beantwoord voor de ionische verbindingen in tabel 4 de volgende vragen.

• Wordt in de formule het kation of het anion als eerste geschreven? Verandert deze volgorde in de naam?

• Wordt het aantal kationen of anionen in de formule meegedeeld in de naam van de verbinding? Waarom denkt u dat het niet nodig is om dit te doen?

• De namen van de kationen zijn dezelfde als de namen van de elementen voor de metalen van de hoofdgroep in de tabel, maar niet voor de kationen van koper en ijzer. Wat is de betekenis van het Romeinse cijfer in de namen van de kationen van koper en ijzer?

Analyse van nomenclatuurregels

• Schrijf een korte beschrijving van de regels voor de naamgeving van covalente verbindingen op basis van de verbindingen die in tabel 3 zijn onderzocht.

• Als het anion van zuurstof oxide wordt genoemd, en het anion van chloor chloride, voorspel dan de naam van de anionen van zwavel, broom, en stikstof. Wat zou de lading zijn voor elk van deze anionen?

• Schrijf een korte beschrijving van de regels voor de naamgeving van covalente verbindingen op basis van de verbindingen die in tabel 4 zijn onderzocht.

• Waarom is het niet nodig om de lading van de kationen van de alkalimetalen of de aardalkalimetalen te specificeren, maar is het wel nodig om de lading van de kationen van overgangsmetalen te specificeren?

Dit was een korte inleiding tot de systematische naamgeving van covalente en ionische verbindingen. Slechts een klein deel van de vele mogelijke verbindingen is hier gepresenteerd, maar als u de regels van de nomenclatuur kent, en u kent de formules van de ionen, dan kunt u alles een naam geven of elke naam interpreteren.

Deel D: Nomenclatuur van de Anionen-de -iden, de -ieten, de -aten

Anionen van zwavel benoemen, Stikstof, en Fosfor

• Hoe is voor de -ide anionen de lading van het anion gerelateerd aan de elektronenconfiguratie van het neutrale element en de positie van het element in het periodiek systeem? Hoe verandert de elektronenconfiguratie van het element wanneer het het gespecificeerde anion vormt?

• In de reeks anionen van hetzelfde element (de zwavelhoudende anionen bijvoorbeeld), wat verandert er in de formule van het anion als men van het -ide anion naar het -iet en het -ate anion gaat?

• Welke trend zie je in het aantal zuurstofatomen in de -ate vormen van de anionen naar de -ite vormen van de anionen? Welke trend zie je in de lading van de -ate en de -ite anionen?

• Schrijf een verklaring die beschrijft hoe je de lading zou kunnen voorspellen van het anion van een element dat de uitgang -ide zou hebben (choride of sulfide, bijvoorbeeld).

• De algemene naam voor de verzameling van -ate en -ite anionen is oxyanion. Leg uit waarom deze ionen oxyanionen worden genoemd.

• Schrijf een verklaring die beschrijft hoe je de formule van het -iet anion van een element kunt bepalen uit de formule van het -aat anion van dat element.

Deel E: Nomenclatuur van de Anionen-de per-aten, de -aten, de -ieten, de hypo-ieten

Beschouw tabel 6 hieronder.

Anionen van chloor en broom benoemen

• Beginnend met chloraat en bromaat, beschrijf de verandering in de formule voor perchloraat en perbromaat.

• Uitgaande van chloraat en bromaat, beschrijf de verandering in de formule die gezien wordt voor hypochloriet en hypobromiet.

• Schrijf een algemene verklaring die beschrijft hoe je de formule van het per-aat anion van een element kunt bepalen uit de formule van het -aat anion van die verbinding.

• Schrijf een algemene verklaring op die beschrijft hoe je de formule van het hypo-iet anion van een element kunt bepalen uit de formule van het -iet anion van die verbinding.

Deel F: Nomenclatuur van de zuurstofzuren-de -ische zuren en de -ous zuren

Beschouw tabel 7 hieronder.

Oxyzuren benoemen

• Wat is de identiteit van het kation voor elk van de zuren?

• Wat is de tendens in de naamgeving van de zuren van de -ate oxyanionen?

• Wat is de trend in de naamgeving van de zuren van de -iet oxyanionen?

• Schrijf een algemene verklaring die beschrijft hoe je de formule en naam van een oxyzuur kunt voorspellen als je de formule en naam van het oxyanion hebt.

Deel G: Nomenclatuur Bingo

Je docent zal je een bingokaart geven met een mengeling van chemische formules en namen. Hij zal de ontbrekende informatie roepen, en u zult moeten aanwijzen of u de passende formule of de naam hebt. De eerste student die er vijf op een rij, kolom of diagonaal heeft, roept de volgende reeks chemische stoffen.