Organizare
-
–
Prelaborator: fără prelaborator
-
–
Mod: anchetă, grupe de 2
-
–
Notarea: caiet de laborator, raport post-laborator
-
–
Siguranță: Nu există cerințe specifice de siguranță
În acest laborator veți învăța regulile care stau la baza denumirii compușilor chimici, atât ionici cât și covalenți. La sfârșitul laboratorului ar trebui să fiți capabili să numiți compușii pe care îi veți întâlni în chimia generală, precum și să scrieți formula chimică dacă vi se dă un nume.
I: Context
Chimia se ocupă de materie și există o varietate extraordinară de materie în univers. Comportamentul materiei depinde de tipul de elemente care sunt prezente și de structura acestor elemente – cum sunt ele conectate pentru a forma o moleculă. În acest exercițiu, veți evalua câteva modele reprezentative pentru a dezvolta regulile utilizate pentru a clasifica un compus, pentru a prezice formula unui compus și pentru a denumi compusul. Acest exercițiu este doar începutul activității necesare pentru a stăpâni regulile de scriere a formulelor și nomenclaturii. Manualul dumneavoastră conține tabele cu denumirile și formulele cationilor și anionilor obișnuiți și discută în detaliu regulile de nomenclatură. Va trebui să petreceți ceva timp cu acest material, deoarece este posibil ca regulile formale de nomenclatură să nu fie prezentate la curs, deși ele vor fi cu siguranță folosite în discuțiile despre structurile Lewis și chimia reacțiilor.
II: Exerciții
Partea A: Compus covalent sau ionic?
Mulți compuși, în special cei discutați în cursurile de chimie generală, sunt clasificați fie ca fiind compuși covalenți, fie ca fiind compuși ionici. Clasificarea unui compus depinde de tipul de legătură chimică dintre elementele din compus. În această parte a fișei de lucru, veți învăța să clasificați cu ușurință compușii într-una dintre cele două categorii.
| Compuși covalenți | Compuși ionici |
|---|---|
| N2O4 | AlF3 |
| CO2 | KNO3 |
| PCl3 | MgO |
| CH4 | Fe2O3 |
| NO2 | PbS |
| O2 | Na3N |
Într-un compus covalent, electronii de valență sunt împărțiți între cei doi atomi din legătură. Aceștia pot fi partajați în mod egal (legătură covalentă) sau în mod inegal (legătură covalentă polară). Într-o legătură ionică, electronii sunt localizați la unul dintre atomi (ceea ce îi conferă acestuia o sarcină globală negativă), în timp ce celălalt atom are o sarcină globală pozitivă. Diferența de electronegativitate dintre cei doi atomi din legătură poate ajuta la prezicerea probabilității ca legătura să fie ionică, covalentă sau covalentă polară, la fel ca și tipul de atomi implicați (metale sau nemetale). O legătură cu doi atomi identici este întotdeauna covalentă pură, în timp ce o legătură covalentă cu doi atomi diferiți este probabil să fie covalentă polară.
Caracteristicile compușilor covalenți și ionici
Luați în considerare tabelul 1 atunci când răspundeți la următoarele întrebări.
-
Elementele din compușii covalenți sunt metale, nemetale sau un amestec de ambele?
-
Elementele din compușii ionici sunt metale, nemetale sau un amestec de ambele?
-
Comparați tipurile de elemente găsite (metale sau nemetale) pentru cele două clasificări. Ce tendință observați în ceea ce privește tipul de element prezent și clasificarea?
Clasificarea compușilor
-
Pentru fiecare compus covalent, clasificați tipul de legătură ca fiind covalentă polară sau nepolară.
-
Ce tendință observați în ceea ce privește clasificarea compusului și tipul de legătură formată între elementele din compus?
-
Scrieți o regulă care vă va permite să clasificați un compus ca fiind ionic sau covalent pe baza a ceea ce ați învățat din explorarea modelului din partea A.
Partea B: Predicția formulei unui compus ionic
Într-o formulă chimică, subcriptele sunt folosite pentru a specifica numerele unui tip de atom din formulă. De exemplu, O2 este interpretat ca o moleculă formată din doi atomi de oxigen, iar CH3OH este interpretat ca o moleculă cu un carbon, patru hidrogeni și un oxigen. Superscrierile sunt utilizate pentru a specifica sarcina unui ion. Al3+ este interpretat ca fiind un singur atom de aluminiu cu o sarcină de 3+, ceea ce face ca acesta să fie cationul de aluminiu.Unii ioni sunt atomici, cum ar fi Al3+ sau F-, dar există și ioni poliatomici. Un ion poliatomic este o particulă formată din mai mult de un atom, care poartă în mod colectiv o sarcină ionică. OH- (anionul hidroxid) este o particulă formată dintr-un oxigen și un hidrogen, iar întreaga entitate are o sarcină negativă; NO3- (nitrat) are un atom de azot și trei de oxigen, cu o sarcină negativă purtată de întreaga particulă. Dacă formula unui compus are un superscript, se poate presupune că substanța este un ion, în timp ce dacă formula nu are superscript, se poate presupune că sarcina moleculei este zero (neutră).
| Formula compușilor ionici | Cationul din compus | Anionul din compus |
|---|---|---|
| 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- |
Caracteristicile compușilor ionici
-
Privind prima coloană, care este sarcina fiecărui compus ionic?
-
Pe baza formulei compusului ionic, câți cationi și câți anioni sunt prezenți în fiecare compus ionic?
-
Care este suma încărcăturii totale a cationilor plus încărcătura totală a anionilor? Țineți cont de numărul fiecărui ion prezent în formula compusului, precum și de semnul sarcinii fiecărui ion.
Echilibrarea sarcinilor în compușii ionici
-
De ce AlF3 are mai mulți ioni F- în formula compusului ionic decât NaF?
-
De ce sunt necesare parantezele în formulele cu mai mulți ioni poliatomici în compus?
-
Să considerăm un cation cu sarcină 4+ și un anion cu sarcină 2-. Câți cationi și câți anioni ar fi necesari pentru un compus ionic format între acești doi ioni?
-
Scrieți o regulă care să vă permită să preziceți numărul de cationi și de anioni prezenți în formula unui compus ionic. Faceți o listă cu ceea ce trebuie să știți pentru a putea scrie formula unui compus ionic.
Partea C: Nomenclatura compușilor covalenți și ionici
Nomenclatura este denumirea sistematică a compușilor, astfel încât să fie comunicate numerele și tipurile de elemente sau ioni prezenți în compus. Înțelegerea regulilor de nomenclatură devine din ce în ce mai importantă în chimia organică, deoarece există milioane de compuși organici care conțin doar C, H și O – pentru a comunica despre ce compus este vorba, trebuie să înțelegeți cum să denumiți compusul atunci când vi se dă o formulă sau o structură și cum să scrieți formula sau structura unui compus pornind de la nume. De exemplu, eterul dimetilic și etanolul au amândouă două atomi de carbon, un oxigen și șase atomi de hidrogen, dar una dintre aceste molecule poate fi folosită ca spray de îngheț pentru îndepărtarea negilor, iar cealaltă este un deprimant al sistemului nervos care îi îmbată pe oameni.Este mult mai ușor să te referi la etanol ca etanol decât să te referi la el ca la un compus organic cu două atomi de carbon, șase hidrogeni și un oxigen care îi îmbată pe oameni. Vom începe explorarea nomenclaturii cu compuși covalenți simpli și cu compuși ionici. Nomenclatura nu este dificilă, dar este… plictisitoare. Nu se poate evita o oarecare memorare a nomenclaturii. Trebuie cunoscute regulile de nomenclatură, formulele și sarcinile diferiților ioni, pentru a numi corect compușii din formule sau pentru a scrie formulele din nume.
| Compus covalent | Denumire |
|---|---|
| N2O4 | dinitrogenul tetroxid |
| CO2 | dioxid de carbon |
| PCl3 | triclorură de fosfor |
| CO | monoxid de carbon |
| NO2 | dioxid de azot |
| HCl | clorură de hidrogen |
Nomenclatura compușilor covalenți
Pentru compușii covalenți din tabelul 3, răspundeți la următoarele întrebări.
-
Primul element scris în formulă este cel mai electronegativ dintre elementele din formulă sau cel mai puțin electronegativ dintre elemente? Se schimbă această ordine în denumirea compusului? Ce se schimbă în denumirea compusului?
-
Descrieți modul în care numărul de elemente din formulă este comunicat în denumirea compusului.
-
Considerați compușii din tabelul de mai sus cu carbon și oxigen sau cu azot și oxigen. De ce este important să se comunice numărul fiecărui element în denumire? De ce nu ar funcționa, de exemplu, să se dea numele de oxid de carbon pentru un compus care este format din carbon și oxigen?
| Formula Compuși ionici |
Cation și Numele cationului |
Anion și Numele anionului |
Denumirea Compusului ionic |
|---|---|---|---|
| NaCl | Na+, ion de sodiu | Cl-, ion clorură | clorură de sodiu |
| AlPO4 | Al3+, ion aluminiu | PO43-, ion fosfat | fosfat de aluminiu |
| CuSO4 | Cu2+, ion cupru(II) | SO42-, ion sulfat | sulfat de cupru(II) |
| KNO3 | K+, ion potasiu | NO3-, ion nitrat | nitrat de potasiu |
| Mg(OH)2 | Mg2+, ion magneziu | OH-, ionul hidroxid | hidroxid de magneziu |
| Fe2O3 | Fe3+, ionul de fier(III) | O2-, ion oxid | oxid de fier(III) |
| AlF3 | Al3+, ion de aluminiu | F-, ion fluorură | fluorură de aluminiu |
Nomenclatura compușilor ionici
Pentru compușii ionici din tabelul 4, răspundeți la următoarele întrebări.
-
Cationul sau anionul este scris primul în formulă? Se schimbă această ordine în denumire?
-
Numărul de cationi sau de anioni din formulă este comunicat în denumirea compusului? De ce credeți că nu este necesar să se facă acest lucru?
-
Denumirile cationilor sunt identice cu denumirile elementelor pentru metalele din grupa principală din tabel, dar nu și pentru cationii de cupru și fier. Care este semnificația cifrei romane din denumirile cationilor de cupru și fier?
Analiză a regulilor de nomenclatură
-
Scrieți o scurtă descriere a regulilor de denumire a compușilor covalenți pe baza compușilor explorați în tabelul 3.
-
Dacă anionul de oxigen se numește oxid, iar anionul de clor se numește clorură, preziceți numele anionilor de sulf, brom și azot. Care ar fi sarcina pentru fiecare dintre acești anioni?
-
Scrieți o scurtă descriere a regulilor de denumire a compușilor covalenți pe baza compușilor explorați în tabelul 4.
-
De ce nu este necesar să se precizeze sarcina cationilor metalelor alcaline sau ale metalelor alcalino-pământoase, dar este necesar să se precizeze sarcina cationilor metalelor de tranziție?
Aceasta a fost o scurtă introducere în denumirea sistematică a compușilor covalenți și ionici. Doar o mică parte din numeroșii compuși posibili au fost prezentați aici, dar dacă cunoașteți regulile de nomenclatură și cunoașteți formulele ionilor, puteți numi orice sau interpreta orice nume.
Partea D: Nomenclatura anionilor -ideii, -iții, -iții
| Formulă | Denumire | Formulă | Denumire | Formulă | Denumire |
|---|---|---|---|---|---|
| S2- | ion sulfură | N3- | ion nitrură | P3- | ion fosfură |
| SO32-. | ion sulfit | NO2- | ion nitrit | PO33- | ion fosfit |
| SO42- | ion sulfat | NO3- | ion nitrat | PO43- | ion fosfat |
Numirea anionilor de sulf, azotului și fosforului
-
Pentru anionii -ide, cum este legată sarcina anionului de configurația electronică a elementului neutru și de poziția elementului în tabelul periodic? Cum se modifică configurația electronică a elementului atunci când acesta formează anionul specificat?
-
În seriile de anioni ai aceluiași element (anionii cu conținut de sulf, de exemplu), ce se schimbă în formula anionului la trecerea de la anionul -ide la anionul -ite și la anionul -ate?
-
Ce tendință observați în ceea ce privește numărul de atomi de oxigen de la formele -ate ale anionilor la formele -ite ale anionilor? Ce tendință observați în ceea ce privește sarcina anionilor -at și a anionilor -it?
-
Scrieți un enunț care să descrie modul în care ați putea prezice sarcina anionului unui element care ar avea terminația -ide (corură sau sulfură, de exemplu).
-
Denumirea generală a ansamblului de anioni cu terminația -at și -it este oxianion. Explicați de ce acești ioni se numesc oxianioni.
-
Scrieți un enunț care să descrie modul de determinare a formulei anionului -ite al unui element pornind de la formula anionului -ate al acelui element.
Partea E: Nomenclatura anionilor – per-ates, -ates, -ites, hypo-ites
Luați în considerare tabelul 6 de mai jos.
| Formula | Denumire | Formula | Denumire |
|---|---|---|---|
| ClO4- | . ion perclorat | BrO4- | ion perbromat |
| ClO3- | ion clorat | BrO3- | ion bromat |
| ClO2- | ion clorit | BrO2- | ion bromit |
| ClO- | ion hipoclorit | BrO- | ion hipobromit |
Numirea anionilor de clor și de brom
-
Începând cu cloratul și bromatul, descrieți schimbarea de formulă observată pentru perclorat și perbromat.
-
Pornind de la clorat și bromat, descrieți schimbarea în formula observată pentru hipoclorit și hipobromit.
-
Scrieți un enunț general care să descrie modul de determinare a formulei anionului per-at al unui element pornind de la formula anionului -at al acelui compus.
-
Scrieți un enunț general care să descrie modul de determinare a formulei anionului hipo-ite al unui element din formula anionului -ite al acelui compus.
Partea F: Nomenclatura oxiacizilor – acizii -ici și acizii -oși
Luați în considerare tabelul 7 de mai jos.
| Formula acidului | Anionul | Denumirea acidului |
|---|---|---|
| HClO4 | ClO4-, ion perclorat | acid percloric |
| HClO3 | ClO3-, ion clorat | acid cloric |
| HClO2 | ClO2-, ion clorit | acid cloros |
| HClO | ClO-, ion hipoclorit | acid hipocloros |
| H2SO4 | SO42-, ion sulfat | acid sulfuric |
| H2SO3 | SO32-, ion sulfit | acid sulfuros |
| HNO3 | NO3-, ion nitrat | acid azotic |
| HNO2 | NO2-, ion nitrit | acid azotic |
| H2CO3 | CO32-, ion carbonat | acid carbonic |
Denumirea oxiacizilor
-
Care este identitatea cationului pentru fiecare dintre acizi?
-
Care este tendința în denumirea acizilor a oxianiilor de -at?
-
Care este tendința denumirii acizilor din oxianionii -ite?
-
Scrieți un enunț general care să descrie modul de prezicere a formulei și denumirii unui oxi-acid atunci când sunt date formula și denumirea oxianionului.
Partea G: Bingo de nomenclatură
Instructorul dumneavoastră vă va pune la dispoziție un cartonaș de bingo care conține un amestec de formule și nume chimice. El va striga informațiile care lipsesc, iar voi trebuie să indicați dacă aveți formula sau denumirea corespunzătoare. Primul elev care reușește să potrivească cinci formule într-un rând, coloană sau diagonală, va striga următorul set de substanțe chimice.