Związki kowalencyjne i jonowe: Classification, Formulas, and Nomenclature

Organization

• –

  Pre-Lab: no pre-lab

• –

  Mode: pytający, grupy 2 osobowe

• –

  Ocenianie: zeszyt laboratoryjny, raport post-lab

• –

  Bezpieczeństwo: Brak szczególnych wymagań bezpieczeństwa

I: Kontekst

Chemia zajmuje się materią, a we wszechświecie istnieje ogromna różnorodność materii. Zachowanie materii zależy od rodzaju elementów, które są obecne i od struktury tych elementów – jak są one połączone, aby utworzyć cząsteczkę. W tym ćwiczeniu ocenisz kilka reprezentatywnych modeli, aby opracować reguły używane do klasyfikacji związków, przewidywania wzoru związku i nazywania związków. To ćwiczenie jest tylko początkiem pracy, którą trzeba wykonać, aby opanować zasady pisania wzorów i nomenklatury. W podręczniku znajdują się tabele z nazwami i wzorami powszechnie występujących kationów i anionów oraz szczegółowo omówione są zasady nomenklatury. Będziesz musiał poświęcić trochę czasu na zapoznanie się z tym materiałem, ponieważ formalne zasady nomenklatury mogą nie być prezentowane na wykładzie, choć z pewnością będą wykorzystywane w dyskusjach o strukturach Lewisa i chemii reakcji.

II: Ćwiczenia

Część A: Covalent or Ionic Compound?

Wiele związków, szczególnie tych omawianych na kursach chemii ogólnej, jest klasyfikowanych jako związki kowalencyjne lub jonowe. Klasyfikacja związku zależy od rodzaju wiązania chemicznego między pierwiastkami w związku. W tej części arkusza ćwiczeń nauczycie się w prosty sposób klasyfikować związki do jednej z dwóch kategorii.

W związku kowalencyjnym, elektrony walencyjne są dzielone pomiędzy dwa atomy w wiązaniu. Mogą one być dzielone równomiernie (wiązanie kowalencyjne) lub nierównomiernie (wiązanie kowalencyjne polarne). W wiązaniu jonowym, elektrony są zlokalizowane na jednym z atomów (nadając mu ogólny ładunek ujemny), podczas gdy drugi atom ma ogólny ładunek dodatni. Różnica w elektroujemności pomiędzy dwoma atomami w wiązaniu może pomóc przewidzieć, czy wiązanie będzie jonowe, kowalencyjne lub kowalencyjne polarne, podobnie jak rodzaj zaangażowanych atomów (metale lub niemetale). Wiązanie z dwoma identycznymi atomami jest zawsze czysto kowalencyjne, podczas gdy wiązanie kowalencyjne z dwoma różnymi atomami jest prawdopodobnie kowalencyjne polarne.

Charakterystyka związków kowalencyjnych i jonowych

Rozważ tabelę 1, odpowiadając na następujące pytania.

• Czy pierwiastki w związkach kowalencyjnych są metalami, niemetalami, czy mieszaniną obu?

• Czy pierwiastki w związkach jonowych są metalami, niemetalami, czy mieszaniną obu tych związków?

• Porównaj rodzaje znalezionych pierwiastków (metale lub niemetale) dla dwóch klasyfikacji. Jaką widzisz tendencję w rodzaju występujących pierwiastków i klasyfikacji?

Klasyfikowanie związków

• Dla każdego związku kowalencyjnego, sklasyfikuj typ wiązania jako kowalencyjny polarny lub niepolarny.

• Jaką tendencję dostrzegasz w klasyfikacji związku i rodzaju wiązania utworzonego między pierwiastkami w tym związku?

• Napisz regułę, która pozwoli Ci sklasyfikować związek jako jonowy lub kowalencyjny na podstawie tego, czego nauczyłeś się badając model w części A.

Część B: Przewidywanie wzoru związku jonowego

We wzorze chemicznym, subkrypty są używane do określenia liczby atomów danego typu we wzorze. Na przykład, O2 jest interpretowane jako cząsteczka utworzona przez dwa atomy tlenu, a CH3OH jest interpretowane jako cząsteczka z jednym węglem, czterema hydrogenami i jednym tlenem. Skrótów górnych używa się do określenia ładunku jonu. Al3+ jest interpretowany jako pojedynczy atom glinu o ładunku 3+, co czyni go kationem glinu. Niektóre jony są atomowe, jak Al3+ lub F-, ale istnieją również jony wieloatomowe. Jon wieloatomowy to cząsteczka składająca się z więcej niż jednego atomu, który wspólnie posiada ładunek jonowy. OH- (anion wodorotlenkowy) jest cząsteczką jednego tlenu i jednego wodoru, a cała jednostka ma ładunek ujemny; NO3- (azotanowy) ma jeden atom azotu i trzy atomy tlenu z ładunkiem ujemnym przenoszonym przez całą cząsteczkę. Jeżeli wzór związku ma indeks górny, można przyjąć, że substancja jest jonem, natomiast jeżeli wzór nie ma indeksu górnego, można przyjąć, że ładunek cząsteczki jest zerowy (obojętny).

Charakterystyka związków jonowych

• Patrząc na pierwszą kolumnę, jaki jest ładunek każdego związku jonowego?

• Na podstawie wzoru związku jonowego, ile kationów i ile anionów jest obecnych w każdym związku jonowym?

• Jaka jest suma całkowitego ładunku kationu plus całkowitego ładunku anionu? Weź pod uwagę liczbę każdego jonu obecnego we wzorze związku, a także znak ładunku każdego jonu.

Balancing Charge in Ionic Compounds

• Dlaczego AlF3 ma więcej jonów F- we wzorze związku jonowego niż NaF?

• Dlaczego nawiasy są potrzebne we wzorach z wieloma jonami wieloatomowymi w związku?

• Rozważmy kation o ładunku 4+ i anion o ładunku 2-. Ile kationów i ile anionów byłoby potrzebnych do utworzenia związku jonowego pomiędzy tymi dwoma jonami?

• Napisz regułę, która pozwoli Ci przewidzieć liczby kationów i anionów występujących we wzorze związku jonowego. Sporządź listę tego, co trzeba wiedzieć, aby móc napisać wzór związku jonowego.

Część C: Nomenklatura dla związków kowalencyjnych i jonowych

Nomenklatura jest systematycznym nazywaniem związków w taki sposób, że liczby i typy pierwiastków lub jonów obecnych w związku są przekazywane. Zrozumienie zasad nomenklatury staje się coraz ważniejsze w chemii organicznej, ponieważ istnieją miliony związków organicznych, które zawierają tylko C, H, i O – aby przekazać, o którym związku mówisz, musisz zrozumieć, jak nazwać związek, gdy podano wzór lub strukturę, i jak napisać wzór lub strukturę związku z nazwy. Na przykład, eter dimetylowy i etanol mają dwa węgle, jeden tlen i sześć atomów wodoru, ale jedna z tych cząsteczek może być używana jako spray do usuwania brodawek, a druga jest depresantem układu nerwowego, który powoduje, że ludzie stają się pijani. Eksplorację nazewnictwa rozpoczniemy od prostych związków kowalencyjnych i związków jonowych. Nomenklatura nie jest trudna, ale jest… żmudna. Przy nomenklaturze nie da się obejść pewnego zapamiętywania. Trzeba znać zasady nomenklatury i wzory oraz ładunki na różnych jonach, aby poprawnie nazywać związki ze wzorów lub pisać wzory z nazw.

Nomenklatura związków kowalencyjnych

Dla związków kowalencyjnych z tabeli 3, odpowiedz na następujące pytania.

• Czy pierwszy pierwiastek zapisany we wzorze jest bardziej elektronegatywnym z pierwiastków we wzorze, czy mniej elektronegatywnym z pierwiastków? Czy ta kolejność zmienia się w nazwie związku? Co się zmienia w nazwie związku?

• Opisz, w jaki sposób liczba pierwiastków we wzorze jest przekazywana w nazwie związku.

• Rozważ związki w powyższej tabeli z węglem i tlenem lub z azotem i tlenem. Dlaczego ważne jest, aby w nazwie podać liczby poszczególnych pierwiastków? Dlaczego nie sprawdzi się, na przykład, podanie nazwy tlenek węgla dla związku, który składa się z węgla i tlenu?

Nomenklatura związków jonowych

Dla związków jonowych z tabeli 4 odpowiedz na poniższe pytania.

• Czy we wzorze jako pierwszy zapisany jest kation czy anion? Czy ta kolejność zmienia się w nazwie?

• Czy liczba kationów lub anionów we wzorze jest przekazywana w nazwie związku? Dlaczego uważasz, że nie jest to konieczne?

• Nazwy kationów są takie same jak nazwy pierwiastków dla metali grupy głównej w tabeli, ale nie dla kationów miedzi i żelaza. Jakie znaczenie ma cyfra rzymska w nazwach kationów miedzi i żelaza?

Analiza zasad nazewnictwa

• Napisz krótki opis zasad nazewnictwa związków kowalencyjnych na podstawie związków badanych w tabeli 3.

• Jeśli anion tlenu nazywa się tlenkiem, a anion chloru nazywa się chlorkiem, to przewidz nazwy anionów siarki, bromu i azotu. Jaki byłby ładunek dla każdego z tych anionów?

• Napisz krótki opis zasad nazywania związków kowalencyjnych na podstawie związków badanych w tabeli 4.

• Dlaczego nie jest konieczne podawanie ładunku kationów metali alkalicznych lub metali ziem alkalicznych, natomiast konieczne jest podawanie ładunku kationów metali przejściowych?

To było krótkie wprowadzenie do systematycznego nazewnictwa związków kowalencyjnych i jonowych. Przedstawiono tu tylko niewielką część z wielu możliwych związków, ale jeśli znasz zasady nazewnictwa i znasz wzory jonów, możesz nazwać wszystko lub zinterpretować dowolną nazwę.

Część D: Nomenklatura anionów -ides, the -ites, the -ates

Nazwa anionów siarki, Azotu i Fosforu

• Dla anionów -idowych, jak ładunek na anionie jest związany z konfiguracją elektronową obojętnego pierwiastka i pozycją pierwiastka w układzie okresowym? Jak zmienia się konfiguracja elektronowa pierwiastka, gdy tworzy on określony anion?

• W szeregu anionów tego samego pierwiastka (na przykład anionów zawierających siarkę), co zmienia się we wzorze anionu przy przechodzeniu od anionu -idowego do anionu -itowego i -atowego?

• Jaką widzisz tendencję w liczbie atomów tlenu w formach -atowych anionów do form -itowych anionów? Jaką tendencję obserwujesz w ładunku anionów -atowych i -itowych?

• Napisz twierdzenie, które opisuje, jak mógłbyś przewidzieć ładunek anionu pierwiastka, który miałby końcówkę -idową (na przykład chlorek lub siarczek).

• Ogólna nazwa zbioru anionów -atowych i -itowych to oksyanion. Wyjaśnij, dlaczego jony te nazywane są oksyanionami.

• Napisz twierdzenie, które opisywałoby sposób wyznaczania wzoru anionu -anowego pewnego pierwiastka na podstawie wzoru anionu -anowego tego pierwiastka.

Część E: Nomenklatura anionów – per-ates, the -ates, the -ites, the hypo-ites

Rozważ tabelę 6 poniżej.

Nazywanie anionów chloru i bromu

• Rozpoczynając od chloranu i bromianu, opisz zmianę wzoru widzianą dla nadchloranu i nadbromianu.

• Wychodząc od chloranu i bromianu, opisz zmianę wzoru widzianą dla podchlorynu i hipobromitu.

• Napisz ogólne stwierdzenie opisujące sposób wyznaczania wzoru anionu nad-atanowego pierwiastka na podstawie wzoru anionu -atanowego tego związku.

• Napisz ogólne twierdzenie opisujące sposób ustalania wzoru anionu hipoatytowego pierwiastka na podstawie wzoru anionu -atytowego tego związku.

Część F: Nomenklatura tlenowców – kwasów -owych i kwasów -owych

Rozważ poniższą tabelę 7.

Nazywanie kwasów tlenowych

• Jaka jest tożsamość kationu dla każdego z kwasów?

• Jaka jest tendencja w nazewnictwie kwasów oksyanionów -atowych?

• Jaka jest tendencja w nazewnictwie kwasów oksyanionów -itowych?

• Napisz ogólne twierdzenie, które opisuje jak przewidzieć wzór i nazwę kwasu tlenowego, gdy dany jest wzór i nazwa oksyanionu.

Część G: Nomenklaturowe bingo

Twój instruktor dostarczy Ci kartę do bingo zawierającą mieszaninę wzorów i nazw chemicznych. Będzie wywoływał brakujące informacje, a ty musisz wskazać, czy masz pasujący wzór lub nazwę. Pierwszy uczeń, który dopasuje pięć wzorów w rzędzie, kolumnie lub na ukos, wywoła następny zestaw związków chemicznych.