Niklas Dahrén

Jonföreningar och jonbindningar – del 1

InnehållDel1:o Hurjonföreningarbildas/framställs.o Hurjonföreningaräruppbyggda(kristallstruktur).o Jonbindning.o Huratomernasradiepåverkasvidjonisering.o Joniseringsenergi.

Del2:o Atomjonernasnamno Namngivningavolikajonföreningar.o Hurmanskriverdenkemiskabeteckningen/formelnförolikajonföreningar.o Sammansattajoner.o Jonföreningarnasegenskaper.o Löslighetivatten.o Utfällningar/fällningar.

Indelning av kemiska bindningar

Kemiskabindningar

Jonbindning Bindningarmellanjonernaienjonförening(salt)

Metallbindning Bindningarmellanmetallatomernaienmetall

Kovalentabindningar Bindningarmellanatomernaienmolekyl

Intermolekylärabindningar

Bindningarmellanolikamolekyler

Bindningarmellanjonerochmolekyler

Bindningarmellanolikadelaristoramolekyler

Kemiska föreningar kan delas in i 3 huvudtyper

Kemiskaföreningar

Jonföreningar Molekylföreningar Övrigaföreningar(metallorganiska,legeringaretc.)

Jämförelse mellan en jonförening och en molekylförening

Jonförening(salt):

Molekylförening:

NaCl Saltetnatriumkloridbeståravett”oändligt”antalNa+ ochCl- sombindertillvarandraietttredimensionelltmönstersomhelatidenupprepas(kristallstruktur).VarjeNa+bindertill6styckenCl- ochtvärtom.Mellanjonernaförekommerdetjonbindningar.

H2OEnvattenmolekylbeståravettbestämtantalatomer,nämligen2väteatomeroch1syreatom.Dessaatomersitterbundnatillvarandramedpolärakovalentabindningar.

Natriumklorid

Vattenmolekyl

Jonföreningar (salter) är uppbyggda av ett stort antal joner

ü Jonföreningar(salter):Beståravett”oändligt”antalpositivaochnegativajonersombindertillvarandraietttredimensionelltmönstersomhelatidenupprepas(kristallstruktur).

ü Joner:Atomersomhartagituppelleravgivitvalenselektronerochdärmedblivitnegativtladdadejoner(anjoner)ellerpositivtladdadejoner(katjoner).Detfinnsävensammansattajonersombeståravfleraatomer.

ü Katjonerochanjoner:Katjonerärpositivtladdadejonermedananjonerärnegativtladdadejoner.Katjonerochanjonerattraherasavvarandrasladdningarochdetuppstårdärmedjonbindningarmellanjonerna.

Jonbindning är en elektrostatisk attraktion

Positivajoner(katjoner)attraherasavnegativajoner(anjoner)ochnegativajonerattraherasavpositivajoner.Dettaskeriallariktningar.Positivajonerärpositivap.g.a.ettelektronunderskott(haravgivitenellerfleraelektroner).Negativa

jonerärnegativap.g.a.ettelektronöverskott(harupptagitenellerfleraelektroner).

+ - + +-

+ +

-

-

+ +- -

--

Vad menas med kristaller?

ü Kristaller:Ienjonföreningbindsdeingåendejonernatillvarandraietttredimensionelltmönstersomhelatidenupprepas(ett”oändligt”mönster”).Ämnensombyggsupppådettasätt kallasförkristaller.Förutomjonföreningarsåärmetaller,snöflingorochdiamanterexempelpåkristaller.

Atomer får ädelgasstruktur och lägre energi genom att bli joner och skapa jonbindningar

ü Metallatomer fårädelgasstrukturgenomattavgesinavalenselektronertillandraämnen.Deomvandlasdåtillpositivtladdadejoner.

ü Atomerfrånickemetallernafårädelgasstrukturgenomattupptavalenselektronerfrånandraämnen.Deomvandlasdåtillnegativtladdadejoner.

ü Positivtladdadejonerochnegativtladdadejonerattraherasavvarandrasladdningarochkommerdärförskapastarkajonbindningartillvarandra.Närdettaskerfrigörsvärmetillomgivningensamtidigtsomatomerna/jonernafårlägreenergi:

Na+ +Cl- Na+Cl- +EnergiNa+ ochCl- bildartillsammanssaltetnatriumklorid,NaCl.Obs.Detärinteenbart1Na+ och1Cl- somingårisaltetutanettstortantalsombindertillvarandraienkristallstruktur.

Na Na+ +e-

Cl +e- Cl-

Natriumavgersinvalenselektron,fårädelgasstrukturochblirenpositivtladdadjon.

Klorupptarenvalenselektron,fårädelgasstrukturochblirennegativtladdadjon.

Natriumklorid kan bildas genom att klorgas reagerar med natriummetall

Bildkälla:ByAntoniSalvà (Own work)[CCBY-SA3.0(http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)],viaWikimedia Commons

Cl2 (g)+2Na(s)à 2NaCl(s)

ü Klormolekylerna(igasform)kanreageramednatriumatomernainatriummetallenomdekrockarmedtillräckligthögfart.Varjekloratomkommerdå(p.g.a.högelektronegativitet)draåtsigenvalenselektronfrånennatriumatom(lågelektronegativitet)ochdetbildasdånegativakloridjonerochpositivanatriumjonersomsedankanslåsigsammanochbildajonföreningennatriumklorid.

ü Ovanståendereaktionsformelvisarförhållandet(proportionen)mellanantaletkloratomerochnatriumatomerochintedetfaktiskaantalet(somegentligenärmycketstort).

e-

11+ 17+

Natriumharenvalenselektron…

Na Cl

…ochklorhar7valenselektroner.Clärbrapåattattraheraelektroner(högelektronegativitet)och”stjäl”natriumsvalenselektron.

Närdetskerfårbådaämnenaädelgasstruktur.

När klorgasmolekyler krockar med natriumatomer sker en elektronöverföring

Natriumatomenblirdåpositivtladdad(positivjon)medankloratomenblirnegativtladdad(negativjon).

11+ 17+

ü Depositivanatriumjonernaochdenegativakloridjonernakommernuattraherasavvarandrasladdningarochdetuppstårdärmedjonbindningarmellanjonerna(elektrostatiskattraktion).Jonbindningarärstarkaochstabilabindningar.Närjonbindningaruppkommerminskarelektronernasenergi(ochdärmedatomernas/jonernasenergi)vilketärenviktigdrivkraftföruppkomstenavdessabindningar.

+ -

ü Jonförening/salt:Denföreningsomuppstårkallasfören”jonförening”eller”salt”.Detärdockviktigtattförståattenjonföreningellerettsaltinteenbartbestårav1positivjonoch1negativjonsombindertillvarandrautanavettstortantaljonersomsitterbundnatillvarandraiettspecielltochregelbundettredimensionelltmönster(kallasförensaltkristall).

Cl-Na+

Jonföreningar (salter) kan bildas/framställas på flera olika sätt

1. Metallreagerarmedickemetall:T.ex.kannatriumatomerienbitnatriummetallreageramedklorgassåattsaltetnatriumkloriduppkommer.Ireaktionenkommernatriumatomeravgeelektronertillkloratomerochvikommerfåettstortantalnatriumjoner(Na+)ochkloridjoner(Cl-)somgerupphovtillsaltetnatriumklorid.

2. Metallreagerarmedsyra:T.ex.kanmagnesiumatomerienbitmagnesiummetallreageramedsvavelsyra.Svavelsyraärenstarksyraochivattenlösningärsyrandärförfullständigtprotolyserad (allasvavelsyramolekylerharavgivittvåstyckenH+).Varjemagnesiumatom(lågelektronegativitet)avgerdå2valenselektronertillvätejonerna/protonerna(positivtladdade)vilketinnebärattdetbildasmagnesiumjonerochvätgas(vätejonernakanskapaenbindningmellanvarandratackvarede2elektronernaochdåuppstårenvätemolekyl).Magnesiumjonernakansedan,omvilåterlösningenindunsta(vattnetavdunstarochjonernablirkvar),slåsigsammanmedsulfatjonerna(somredanfinnsdär)ochbildasaltetmagnesiumsulfat.

Cl2 (g)+2Na(s)à 2NaCl(s)

Mg(s)+2H+ (aq) +SO42- (aq)à Mg2+(aq)+SO4

2- (aq)+H2(g)Svavelsyra Saltetmagnesiumsulfat

Jonföreningar (salter) kan bildas/framställas på flera olika sätt

3. Syrareagerarmedbas:Omviharensurlösning(ensyralöstivatten)såkanvineutraliseradengenomatttillsättaenbasisklösning(enbaslöstivatten).Detkommerdåbildasvattenochettsalt(löstajonersomefterindunstninggerupphovtillettsalt).T.ex.kanvitaensaltsyralösning(saltsyralöstivatten)ochblandadenmedennatriumhydroxidlösning(basennatriumhydroxidlöstivatten).Bådestarkasyrorochstarkabasergerupphovtillfriajonerivattenlösning.Vätejonerna(protonerna)fråndenstarkasyranslårsigsammanmedhydroxidjonernafrånbasenochbildarvatten.Kloridjonernafrånsyranochnatriumjonernafrånbasenger(efterindunstning)upphovtillsaltetnatriumklorid.

4. Utfällningsreaktion:Endelsalterärsvårlösligaivattenochdessasalterkanviframställagenomattblandatvåsaltlösningarsomvarderainnehållerettavdebådajonslagen.Jonernasomalltsåredanfinns”färdiga”slårdåihopsigmedvarandraochbildardetsvårlösligasaltet.Eftersomsaltetärsvårlösligtsåantardetfastformochen”utfällning”skerilösningen(lösningenblirp.g.a.dettagrumligochantariblandenvissfärg).

H+(aq) +Cl- (aq)+Na+ (aq)+OH- (aq) à Na+(aq)+Cl- (aq)+H2O(aq)Saltsyra Natriumhydroxid Saltetnatriumklorid(NaCl)

Metaller och ickemetaller bildar jonföreningar

Li+

Na+

Be2+

Mg2+

Metaller:Avgervalenselektronerochbildarpositivajonerp.g.a.lågelektronegativitetochfåvalenselektroner.+1

+2 +3 -3 -2 -1H+

K+

Cs+

Rb+

Fr+

Ca2+

Sr2+

Ba2+

Ra2+

N3- O2- F-

Cl-

Br-

I-

S2-

H-

Ickemetaller:Upptarvalenselektronerochbildarnegativajonerp.g.a.högelektronegativitetochmångavalenselektroner.

Al3+

Ga3+

Positivametalljoner+Negativaickemetalljonerà Jonförening

Uppgift 1: a) Vad händer med radien när magnesium joniseras?

b) Vad händer med radien när klor joniseras?

Svar:

a) Denminskareftersommagnesium”förlorar”ettskalnärdenavgersina2valenselektroner.

b) Denökarlitegranneftersomklorfår1extraelektronsomkommerrepelleradeandraelektronernalitegrann(elektronernaivalensskaletkommerdåtaupplitemerplats).

Uppgift 2: Vilket av följande ämnen har minst radie?

a) Na+

b) F

Svar:

Na+ harminstradie.

BådeNa+ ochFhar2skal.

Na+ hardockflerprotoneriatomkärnanvilketinnebärattvalensskaletdraslitenärmarekärnanhosNa+jämförtmedhosF.

Joniseringsenergiü Joniseringsenergi:Denenergisomkrävsförattavlägsnaenelektronfrånenatom(detäriregel

valenselektronernasomavlägsnas)såattatomenblirtillenjon.

ü Förstajoniseringsenergin:Denenergisomkrävsförattavlägsnadenförstaelektronenfrånenatom.Dennaelektronavlägsnasfrånenoladdadatom.

ü Andrajoniseringsenergin:Denenergisomkrävsföratttabortytterligareenelektronfrånsammaatom.Detkrävsmerjoniseringsenergiföratttabortytterligareenelektroneftersomdennaelektrontasbortfrånenladdadatom(atomenblevpositivtladdadnärdenförstaelektronenavlägsnades).

ü Tredje,fjärdeetc.joniseringsenergin:Varjeelektroniatomenkaniteorinavlägsnasomvitillsättertillräckligtmycketenergi.Denenergisomkrävsförattavlägsnadentredjeelektronenkallasförtredjejoniseringsenerginetc.

ü Elektronegativitetenpåverkarjoniseringsenergin:Detkrävsenhögrejoniseringsenergiförattavlägsnaelektronerfrånämnenmedhögelektronegativitetjämförtmedämnensomharlågelektronegativiteteftersomelektronernadåsitterhårdarebundnatillatomkärnan.

Uppgift 3: a) Hur ändras joniseringsenergin om man går nedåt i grupp 1?

b) Hur ändras joniseringsenergin om man går till höger i period 2?

Svar:

a) Denminskareftersomatomradienökar.Enökadatomradieinnebärattvalenselektronernaintekänneravatomkärnanlikabraochsläpperdärförlättare.

b) Denökarp.g.a.högrenettoladdning.Högrenettoladdninginnebärattvalenselektronernaattraherasmeravatomkärnanochdärförintesläpperlikalätt.

Uppgift 4: Hos magnesium är det en liten skillnad mellan den första och andra

joniseringsenergin. Däremot är det stor skillnad mellan den andra och den tredje joniseringsenergin. Varför då?

Svar:

Elektron1och2skabådalämnadettredjeskalet.Skillnadenärdärförintesåstormellanderasjoniseringsenergier.

Dentredjeelektronenskadäremotavgesfråndetandraskaletsomsitterbetydligtnärmareatomkärnanändettredjeskalet.Junärmareatomkärnandestohårdaresitterelektronernafast.

Nettoladdningen(effektivakärnladdningen)hosMg2+är+10(jämförtmed+2hosMg),eftersomdetinteärlikamångaelektronersomavskärmarvalenselektronernafrånatomkärnan,vilketytterligareförsvårarförden3:eelektronenattlämna.

Tillsistkanmanävennämnaattdentredjeelektronenskalämnaenjonsomharladdningen2+(denandraelektronenlämnarenjonsomenbartharladdningen1+).

Slutsats:Jonladdningenpå2+,denbetydligtmindreradienochenmyckethögnettoladdninginnebärattden3:eelektronensitterfastmyckethårt(myckethårdareänden2:aelektronen)ochdetkrävsdärförattmantillförmycketenergiförattfåelektronenattlossna.

Jonföreningar(salter)

Harföljandeegenskaper:•Högsmältpunkt.•Lederströmiflytandeochilöstform.•Mångaärlösligaivatten.

Harkristallstruktur:•Ett”oändligt”stortantaljonersombindertillvarandraietttredimensionelltmönstersomhelatidenupprepas.

Harjonbindning:•Elektrostatiskattraktionmellanolikladdadejoner(positivtresp.negativtladdadejoner).•Jonbindningenverkariallariktningar.

Kanbildas/framställasgenom:•Metallreagerarmedickemetall.•Metallreagerarmedsyra.•Syrareagerarmedbas.•Utfällningsreaktion.

Kemiskbeteckning/formel:•Positivajonenskrivsförst.•Antaletpositivaochnegativajonerskabalanserassåattnettoladdningenisaltetblir0.T.ex.MgCl2 ochNaCl.

Äruppbyggdaavjoner:•Positivtladdadejoner(haravgivitelektroner),kallasförkatjoner.•Negativtladdadejoner(harupptagitelektroner),kallasföranjoner.•Jonernakanvaraatomjonerellersammansattajoner.

Översikt över jonföreningar

SegärnaflerfilmeravNiklasDahrén:http://www.youtube.com/Kemilektionerhttp://www.youtube.com/Medicinlektioner