Kovalenta och joniska föreningar: Klassificering, formler och nomenklatur

Organisering

• –

  Förlaboration: ingen förlaboration

• –

  Läge:

• –

  Betyg: Laborationsbok, rapport efter laborationen

• –

  Säkerhet: Inga särskilda säkerhetskrav

I: Bakgrund

Kemi handlar om materia, och det finns en enorm variation av materia i universum. Materiens beteende beror på vilken typ av grundämnen som finns och på strukturen hos dessa grundämnen – hur de är sammankopplade för att bilda en molekyl. I den här övningen ska du utvärdera några representativa modeller för att utveckla de regler som används för att klassificera en förening, för att förutsäga formeln för en förening och för att namnge föreningen. Denna övning är bara början på det arbete som krävs för att behärska reglerna för att skriva formler och nomenklatur. Din lärobok har tabeller med namn och formler för vanliga katjoner och anjoner och diskuterar nomenklaturreglerna i detalj. Du kommer att behöva ägna en del tid åt detta material, eftersom de formella nomenklaturreglerna kanske inte presenteras i föreläsningar, även om de säkert kommer att användas i diskussioner om Lewisstrukturer och reaktionskemi.

II: Övningar

Del A: Kovalent eller jonisk förening?

Många föreningar, särskilt de som diskuteras i allmänna kemiutbildningar, klassificeras som antingen kovalenta föreningar eller joniska föreningar. Klassificeringen av en förening beror på vilken typ av kemisk bindning som finns mellan grundämnena i föreningen. I den här delen av arbetsbladet ska du lära dig att enkelt klassificera föreningar i en av de två kategorierna.

I en kovalent förening, delas valenceelektronerna mellan de två atomerna i bindningen. Dessa kan vara jämnt fördelade (kovalent bindning) eller ojämnt fördelade (polär kovalent bindning). I en jonisk bindning är elektronerna lokaliserade till en av atomerna (vilket ger den en total negativ laddning), medan den andra atomen har en total positiv laddning. Skillnaden i elektronegativitet mellan de två atomerna i bindningen kan hjälpa till att förutsäga om bindningen sannolikt kommer att vara jonisk, kovalent eller polar kovalent, liksom typen av inblandade atomer (metaller eller icke-metaller). En bindning med två identiska atomer är alltid ren kovalent, medan en kovalent bindning med två olika atomer sannolikt är polar kovalent.

Kännetecken för kovalenta och joniska föreningar

Tänk på tabell 1 när du svarar på följande frågor.

• Är grundämnena i de kovalenta föreningarna metaller, icke-metaller eller en blandning av båda?

• Är grundämnena i jonföreningarna metaller, icke-metaller eller en blandning av båda?

• Jämför de typer av grundämnen som hittats (metaller eller icke-metaller) för de två klassificeringarna. Vilken tendens kan du se när det gäller vilken typ av grundämne som förekommer och klassificeringen?

Klassificering av föreningar

• För varje kovalent förening, klassificera typen av bindning som polär eller opolär kovalent.

• Vilken tendens ser du i klassificeringen av föreningen och typen av bindning som bildas mellan grundämnena i föreningen?

• Skriv en regel som gör att du kan klassificera en förening som jonisk eller kovalent på grundval av vad du lärde dig när du utforskade modellen i del A.

Del B: Förutsägelse av formeln för en jonisk förening

I en kemisk formel används subskriptorier för att ange antalet av en typ av atom i formeln. O2 tolkas till exempel som en molekyl som bildas av två syreatomer, och CH3OH tolkas som en molekyl med ett kol, fyra väteatomer och ett syre. Superscripts används för att ange laddningen hos en jon. Al3+ tolkas som en enda aluminiumatom med en laddning på 3+, vilket gör detta till aluminiumkatjonen. vissa joner är atomära, som Al3+ eller F-, men det finns också polyatomära joner. En polyatomär jon är en partikel som består av mer än en atom som tillsammans bär en jonisk laddning. OH- (hydroxidanjonen) är en partikel som består av ett syre och ett väte, och hela enheten har en negativ laddning; NO3- (nitrat) består av en kväve- och tre syreatomer med en negativ laddning som bärs av hela partikeln. Om formeln för en förening har en överskrift kan man anta att ämnet är en jon, medan om formeln inte har någon överskrift kan man anta att molekylens laddning är noll (neutral).

Kännetecken för joniska föreningar

• Om man tittar på den första kolumnen, vilken laddning har varje jonisk förening?

• Baserat på formeln för den joniska föreningen, hur många katjoner och hur många anjoner finns det i varje jonisk förening?

• Vad är summan av den totala katjonladdningen plus den totala anjonladdningen? Ta hänsyn till antalet av varje jon som finns i föreningens formel, samt tecknet på laddningen för varje jon.

Balansering av laddning i joniska föreningar

• Varför har AlF3 fler F-joner i formeln för den joniska föreningen än NaF?

• Varför behövs parenteser i formler med flera polyatomära joner i föreningen?

• Betrakta en katjon med 4+ laddning och en anjon med 2- laddning. Hur många katjoner och hur många anjoner skulle behövas för en jonisk förening som bildas mellan dessa två joner?

• Skriv en regel som gör att du kan förutsäga antalet katjoner och anjoner som finns i formeln för en jonisk förening. Gör en lista över vad du behöver veta för att kunna skriva formeln för en jonisk förening.

Del C: Nomenklatur för kovalenta och joniska föreningar

Nomenklatur är den systematiska benämningen av föreningar så att antalet och typen av grundämnen eller joner som finns i föreningen kommuniceras. Att förstå nomenklaturreglerna blir allt viktigare inom organisk kemi, eftersom det finns miljontals organiska föreningar som endast innehåller C, H och O – för att kommunicera vilken förening man talar om måste man förstå hur man ska namnge föreningen när man får en formel eller struktur, och hur man skriver formeln eller strukturen för en förening utifrån namnet. Till exempel har dimetyleter och etanol båda två kolväten, ett syre och sex väteatomer, men en av dessa molekyler kan användas som en frysspray för att avlägsna vårtor, och en är ett nervsystemdeprimerande medel som gör folk berusade. det är mycket lättare att referera till etanol som etanol än att referera till den som den organiska förening med två kolväten, sex väteatomer och ett syre som gör folk berusade. Vi kommer att börja utforskandet av nomenklaturen med enkla kovalenta föreningar och med jonföreningar. Nomenklatur är inte svårt, men det är … tråkigt. Det går inte att komma runt en del memorering med nomenklatur. Nomenklaturreglerna och formlerna och laddningarna för olika joner måste man känna till för att korrekt kunna namnge föreningar från formlerna eller skriva formlerna från namnen.

Nomenklatur för kovalenta föreningar

För de kovalenta föreningarna i tabell 3, svara på följande frågor.

• Är det första grundämnet som står skrivet i formeln det mer elektronegativa av grundämnena i formeln, eller det mindre elektronegativa av grundämnena? Ändras denna ordning i namnet på föreningen? Vad ändras i namnet på föreningen?

• Beskriv hur antalet grundämnen i formeln kommuniceras i namnet på föreningen.

• Tänk på föreningarna i tabellen ovan med kol och syre eller med kväve och syre. Varför är det viktigt att kommunicera antalet av varje grundämne i namnet? Varför skulle det till exempel inte fungera att ge namnet koloxid för en förening som består av kol och syre?

Nomenklatur för jonföreningar

Besvara följande frågor för jonföreningarna i tabell 4.

• Skrivs katjonen eller anjonen först i formeln? Ändras denna ordning i namnet?

• Meddelas antalet katjoner eller anjoner i formeln i namnet på föreningen? Varför anser du att det är onödigt att göra detta?

• Namnen på katjonerna är desamma som namnen på grundämnena för metallerna i huvudgruppen i tabellen, men inte för koppar- och järnkatjonerna. Vad betyder den romerska siffran i namnen på koppar- och järnkatjonerna?

Analys av nomenklaturregler

• Skriv en kort beskrivning av reglerna för att namnge kovalenta föreningar utifrån de föreningar som utforskas i tabell 3.

• Om syreanjonen kallas oxid och kloranjonen kallas klorid, förutse namnet på svavel-, brom- och kväveanjonerna. Vad skulle laddningen vara för var och en av dessa anjoner?

• Skriv en kort beskrivning av reglerna för att namnge kovalenta föreningar utifrån de föreningar som utforskas i tabell 4.

• Varför är det inte nödvändigt att ange laddningen hos alkalimetallernas eller de alkaliska jordartsmetallernas katjoner, men det är nödvändigt att ange laddningen hos övergångsmetallernas katjoner?

Detta har varit en kort introduktion till den systematiska namngivningen av kovalenta och joniska föreningar. Endast en liten del av de många möjliga föreningarna har presenterats här, men om du kan nomenklaturreglerna och känner till jonernas formler kan du namnge vad som helst eller tolka vilket namn som helst.

Del D: Nomenklatur för anjoner -ides, -ites, -ates

Namngivning av svaveljoner, kväve och fosfor

• För -idanjonerna, hur är anjonens laddning relaterad till elektronkonfigurationen hos det neutrala elementet och elementets position i det periodiska systemet? Hur förändras elementets elektronkonfiguration när det bildar den angivna anjonen?

• I serien av anjoner av samma grundämne (t.ex. de svavelhaltiga anjonerna), vilka förändringar i anjonens formel sker när man går från -id-anjonen till -ite- och -at-anjonen?

• Vilken tendens ser du i antalet syreatomer i anjonernas -ate-former till anjonernas -ite-former? Vilken tendens ser du i laddningen hos -ate- och -ite-anjonerna?

• Skriv ett uttalande som beskriver hur du skulle kunna förutsäga laddningen på anjonen hos ett grundämne som skulle ha ändelsen -ide (t.ex. chorid eller sulfid).

• Det allmänna namnet på samlingen av -ate- och -ite-anjoner är oxyanjon. Förklara varför dessa joner kallas oxyanjoner.

• Skriv ett uttalande som skulle beskriva hur man kan bestämma formeln för ett grundämnes -ite-anjon från formeln för grundämnets -ate-anjon.

Del E: Nomenklatur för anjoner – per-ates, -ates, -ites, hypo-ites

Se tabell 6 nedan.

Namngivning av klor- och bromatjoner

• Börjar med klorat och bromat, Beskriv den förändring i formeln som ses för perklorat och perbromat.

• Med utgångspunkt i klorat och bromat, beskriv den förändring i formeln som ses för hypoklorit och hypobromit.

• Skriv ett allmänt uttalande som beskriver hur man bestämmer formeln för per-at-anjonen för ett grundämne utifrån formeln för -at-anjonen för denna förening.

• Skriv ett allmänt uttalande som beskriver hur man bestämmer formeln för ett grundämnes hypo-it-anjon utifrån formeln för -it-anjonen i den föreningen.

Del F: Nomenklatur för oxysyror – de -iska syrorna och de -ösa syrorna

Betrakta tabell 7 nedan.

Beskrivning av syraoxisyror

• Vilken är identiteten på katjonen för varje syra?

• Vad är tendensen i namnet på syrorna för -at-oxyanjonerna?

• Vad är tendensen i namnet på syrorna i -ite oxyanjonerna?

• Skriv ett allmänt uttalande som beskriver hur man kan förutsäga formeln och namnet på en oxysyra när man får formeln och namnet på oxyanjonen.

Del G: Nomenklaturbingo

Din lärare kommer att ge dig ett bingokort som innehåller en blandning av kemiska formler och namn. De kommer att ropa ut den information som saknas och du måste ange om du har den matchande formeln eller namnet. Den första elev som matchar fem i en rad, kolumn eller diagonal, kommer att ropa ut nästa uppsättning kemikalier.