If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Jeżeli jesteś za filtrem sieci web, prosimy, upewnij się, że domeny *.kastatic.org i *.kasandbox.org są odblokowane.

Główna zawartość

Chemia - program rozszerzony

Kurs: Chemia - program rozszerzony > Rozdział 1

Lekcja 2: Związki i jony
Nauki przyrodnicze
Chemia - program rozszerzony
Atomy, związki i jony
Związki i jony
© 2023 Khan AcademyWarunki użytkowaniapolitykę prywatnościInformacja o plikach cookie

Jony wieloatomowe

Google Classroom
Nazewnictwo związków zawierających jony poliatomowe
W tym artykule omówimy jony poliatomowe. Przedrostek poli- oznacza wiele, czyli jon poliatomowy to taki, który zawiera więcej niż jeden atom. To odróżnia jony poliatomowe od jonów jednoatomowych, zawierających tylko jeden atom. Przykładami jonów jednoatomowych mogą być: start text, N, a, end text, start superscript, plus, end superscript, start text, F, e, end text, start superscript, 3, plus, end superscript, start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript oraz wiele, wiele innych. Ten artykuł zakłada, że posiadasz już wiedzę na temat podstawowych jednoatomowych jonów, sposobu ich nazywania i zapisywania ich wzorów chemicznych.
Dla przypomnienia wiadomości, zobacz ten artykuł o jonach jednoatomowych i nazewnictwie związków jonowych.
Jony poliatomowe są wszędzie! Kreda jest zrobiona z węglanu wapnia, start text, C, a, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript, zawierającego kationy wapnia, start text, C, a, end text, start superscript, 2, plus, end superscript, i aniony węglanowe, start text, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript, start superscript, 2, minus, end superscript, które są jonami poliatomowymi. Żródło obrazka: Alice na Flickr, CC BY-NC-ND 2.0

Struktura jonów poliatomowych

Możemy zrozumieć jony poliatomowe poprzez porównanie ich z jonami jednoatomowymi. Jon jednoatomowy jest atomem, który uległ jonizacji poprzez zyskanie lub utratę elektronów. Posiada on ładunek, gdyż liczba jego elektronów jest różna od ilości protonów w jego jądrze. Stąd, w stosunku do neutralnego atomu mamy nadwyżkę elektronów (w przypadku ujemnie naładowanych anionów) lub niedobór elektronów (w przypadku dodatnio naładowanych kationów). Przykładowo, neutralny atom chloru ma liczbę atomową 17, co oznacza że ma on 17 protonów i 17 elektronów. Ten neutralny atom może czasem przyjąć dodatkowy elektron stając się jonem chlorkowym, start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript:
space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, start color #11accd, start text, C, l, end text, end color #11accd, space, space, space, plus, space, space, space, e, start superscript, minus, end superscript, space, space, space, right arrow, space, space, space, start color #aa87ff, start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript, end color #aa87ff
space, space, space, space, start color #11accd, 17, start text, e, l, e, k, t, r, o, n, o, with, \', on top, w, end text, end color #11accd, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, start color #aa87ff, 18, start text, e, l, e, k, t, r, o, n, o, with, \', on top, w, end text, end color #aa87ff
space, space, space, space, space, 17, start text, p, r, o, t, o, n, o, with, \', on top, w, end text, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, 17, start text, p, r, o, t, o, n, o, with, \', on top, w, end text
Po przyjęciu elektronu, jon chlorkowy ma 17 protonów i 18 elektronów. Ponieważ ma on jeden dodatkowy elektron w stosunku do liczby protonów, jego sumaryczny ładunek jest równy 1-.
W podobny sposób, możemy myśleć o jonie poliatomowym jako cząsteczce, która uległa jonizacji poprzez zyskanie lub utratę elektronów. Grupa atomów, związanych kowalencyjne, tworząca jon poliatomowy posiada sumaryczny ładunek, gdyż liczba wszystkich elektronów w cząsteczce jest różna od ilości wszystkich jej protonów. Podczas tworzenia wzorów kropkowych Lewisa, całkowity ładunek jonu poliatomowego jest równy sumie ładunków formalnych każdego z atomów w tym jonie.
Wzór Lewisa jonu wodorotlenkowego.
Wzór kropkowy Lewisa jonu wodorotlenkowego. Kropki wokół start text, O, end text wskazują trzy wolne pary elektronowe, a linia pomiędzy start text, H, end text i start text, O, end text oznacza wiązanie kowalencyjne zawierające dwa uwspólnione elektrony. Całkowity ładunek tego jonu poliatomowego wynosi 1-, co jest zaznaczone w prawym górnym rogu, poza nawiasem. Źródło grafiki: Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0
Dla przykładu, zobaczmy jon poliatomowy start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, zwany jonem wodorotlenkowym. Po lewej widzimy wzór kropkowy jonu wodorotlenkowego. Zawiera on jeden atom tlenu i jeden atom wodoru. Pojedyncza linia pomiędzy nimi oznacza wiązanie kowalencyjne, zawierające dwa elektrony uwspólnione pomiędzy start text, H, end text i start text, O, end text. Kropki wokół start text, O, end text oznaczają wolne pary elektronowe. W jonie wodorotlenkowym, tlen ma trzy wolne pary elektronowe, co daje w sumie sześć elektronów wolnych par elektronowych.
Sumaryczny ładunek jonu wodorotlenkowego jest oznaczony przez wzięcie całego wzoru kropkowego w nawias kwadratowy z wartością ładunku w prawym górnym rogu. Widzimy, że jon wodorotlenkowy ma ładunek 1-, co oznacza że ma on jeden elektron więcej niż jest wszystkich protonów w jądrach atomu wodoru i tlenu.
Sprawdź się: Ile jest protonów i elektronów w jonie wodorotlenkowym?

Powszechne związki wieloatomowe

Jony poliatomowe są wszędzie! Jony wodorowęglanowe, start text, H, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript, start superscript, minus, end superscript, są odpowiedzialne za utrzymanie odpowiedniego pH naszej krwi, podczas gdy jony fosforanowe, start text, P, O, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, 3, minus, end superscript, pełnią niezmiernie ważną rolę w wielu procesach metabolicznych. Znajomość nazw, ładunków i wzorów najczęściej spotykanych jonów poliatomowych będzie przydatna do rozpoznawania związków jonowych oraz przewidywania ich reaktywności. Poniższa tabela niektóre typowe jony poliatomowe.
WzoˊrNazwaWzoˊrNazwaHg22+Jon miedzi (I)SCN−TiocyjanianNH4+Jon amonowyCO32−WęglanNO2−Azotan (III), AzotynHCO3−WodorowęglanNO3−Azotan (V), AzotanClO−PodchlorynSO32−Siarczan (IV), SiarczynClO2−ChlorynSO42−Siarczan (VI), Siarczan*ClO3−ChloranHSO4−Wodorosiarczan (VI)ClO4−NadchloranOH−WodorotlenekC2H3O2−,CH3COO−Octan, Etanian*CN−CyjanianMnO4−NadmanganianPO43−FosforanCr2O72−DichromianHPO42−WodorofosforanCrO42−ChromianH2PO4−DiwodorofosforanO22−NadtlenekC2O42−,(COO)22−Szczawian \begin{array}{c c | c c} \textbf{Wzór} & \textbf{Nazwa} & \textbf{Wzór} & \textbf{Nazwa}\\ \hline \text{Hg}_2^{2+} & \text{Jon miedzi (I)} & \text{SCN}^- & \text{Tiocyjanian} \\ \text{NH}_4^+ & \text{Jon amonowy} & \text{CO}_3^{2-} & \text{Węglan} \\ \text{NO}_2^- & \text{Azotan (III), Azotyn} & \text{HCO}_3^- & \text{Wodorowęglan} \\ \text{NO}_3^- & \text{Azotan (V), Azotan} & \text{ClO}^- & \text{Podchloryn} \\ \text{SO}_3^{2-} & \text{Siarczan (IV), Siarczyn} & \text{ClO}_2^- & \text{Chloryn} \\ \text{SO}_4^{2-} & \text{Siarczan (VI), Siarczan*} & \text{ClO}_3^- & \text{Chloran} \\ \text{HSO}_4^- & \text{Wodorosiarczan (VI)} & \text{ClO}_4^- & \text{Nadchloran} \\ \text{OH}^- & \text{Wodorotlenek} &\text{C}_2\text{H}_3\text{O}_2^-, \text{CH}_3\text{COO}^{-}& \text{Octan, Etanian*} \\ \text{CN}^- & \text{Cyjanian} & \text{MnO}_4^- & \text{Nadmanganian} \\ \text{PO}_4^{3-} & \text{Fosforan} & \text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} & \text{Dichromian} \\ \text{HPO}_4^{2-} & \text{Wodorofosforan} & \text{CrO}_4^{2-} & \text{Chromian} \\ \text{H}_2\text{PO}_4^- & \text{Diwodorofosforan} & \text{O}_2^{2-} & \text{Nadtlenek} \\ & & \text{C}_2\text{O}_4^{2-}, (\text{COO})_2^{2-} & \text{Szczawian} \end{array}
* Rzadziej stosowana nazwa.
Przez resztę artykułu będziemy się odnosić do jonów poliatomowych z powyższej tabeli!

Nazwy i wzory chemiczne związków zawierających jony poliatomowe

Prawdopodobnie możesz znaleźć jony poliatomowe nawet w swojej kuchni! Soda oczyszczona to potoczna nazwa wodorowęglanu sodu, start text, N, a, H, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript, zawierającego jon start text, H, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript, start superscript, minus, end superscript. Źródło obrazka: pixabay, CC0 1.0
Teraz, kiedy mamy notatki na temat wielu typowych jonów poliatomowych, przyjrzyjmy się w jaki sposób nazywać i zapisywać wzory chemiczne związków które je zawierają. Istnieją dwie ważne rzeczy o których należy pamiętać:
  1. Jeśli związek zawiera więcej niż jeden jon poliatomowy tego samego typu, musimy umieścić wzór tego jonu w nawiasie, a następnie użyć indeksu dolnego, aby wskazać, jak dużo jonów tego typu jest w związku.
  2. Cząsteczki związku jonowego muszą być elektrycznie obojętne, co oznacza że suma ładunków od kationów i anionów powinna wynosić zero. Możemy wykorzystać tą regułę do utworzenia wzoru związku jonowego kiedy znamy ładunki anionu i kationu. Reguła ta może być też użyta do obliczenia ładunku jonu, kiedy znany jest wzór związku jonowego.
Przeanalizujmy kilka przykładów.

Przykład 1: Utworzenie wzoru chemicznego związku znając jego nazwę

Jaki jest wzór chemiczny wodorotlenku wapnia?
Wapń jest metalem ziem alkalicznych (grupa 2 układu okresowego), więc tworzy jony o ładunku 2+. Z naszej tabeli wiemy, że jon wodorotlenkowy ma wzór start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript i posiada ładunek 1-. Będziemy potrzebować dwa jony wodorotlenkowe do zrównoważenia ładunku 2+ od start text, C, a, end text, start superscript, 2, plus, end superscript. Kiedy zapisujemy wzór chemiczny, bierzemy start text, O, H, end text w nawias z 2 w indeksie dolnym aby wskazać, że na każdy kation start text, C, a, end text, start superscript, 2, plus, end superscript przypadają dwa jony wodorotlenkowe. Stąd, poprawny wzór chemiczny tego związku to start text, C, a, left parenthesis, O, H, right parenthesis, end text, start subscript, 2, end subscript.
Sprawdź się: Dlaczego start text, C, a, O, H, end text, start subscript, 2, end subscript nie byłby poprawnym wzorem wodorotlenku wapnia?

Przykład 2: Nazewnictwo związków jonowych zawierających jony poliatomowe

Jak brzmi poprawna nazwa związku o wzorze start text, N, i, end text, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, start text, P, O, end text, start subscript, 4, end subscript, right parenthesis, start subscript, 2, end subscript?
Podczas nazywania związków jonowych, dobrze jest najpierw rozdzielić wzór chemiczny na kationy i aniony. W tym związku kation pochodzi od niklu. Nikiel jest metalem przejściowym, który może tworzyć wiele typów kationów o różnych ładunkach. To oznacza, że będziemy musieli określić ładunek kationu niklu, abyśmy mogli go następnie zaznaczyć podczas tworzenia nazwy związku jonowego. Na szczęście znamy ładunek anionu. Jon fosforanowy jest jonem poliatomowym, który ma zawsze ładunek 3-. Skoro sumaryczny ładunek cząsteczki musi być równy zero, możemy wykorzystać wzór chemiczny i ładunek jonu fosforanowego do obliczenia ładunku kationu niklu:
start text, S, u, m, a, space, ł, a, d, u, n, k, o, with, \', on top, w, end text, equals, 0, equals, left parenthesis, start text, l, i, c, z, b, a, space, k, a, t, i, o, n, o, with, \', on top, w, end text, times, start color #1fab54, start text, ł, a, d, u, n, e, k, space, k, a, t, i, o, n, u, end text, end color #1fab54, right parenthesis, plus, left parenthesis, start text, l, i, c, z, b, a, space, a, n, i, o, n, o, with, \', on top, w, end text, times, start text, ł, a, d, u, n, e, k, space, a, n, i, o, n, u, end text, right parenthesis
Po przekształceniu tego równania, widzimy, że suma ładunków pochodzących od kationów musi być równa minus, 1 pomnożonemu przez sumę ładunków pochodzących od anionów.
start text, l, i, c, z, b, a, space, k, a, t, i, o, n, o, with, \', on top, w, end text, times, start color #1fab54, start text, ł, a, d, u, n, e, k, space, k, a, t, i, o, n, u, end text, end color #1fab54, equals, minus, 1, times, left parenthesis, start text, l, i, c, z, b, a, space, a, n, i, o, n, o, with, \', on top, w, end text, times, start text, ł, a, d, u, n, e, k, space, a, n, i, o, n, u, end text, right parenthesis
Możemy podstawić do równania znane wartości ilości kationów i anionów (ze wzoru chemicznego) oraz ładunek anionów, a następnie obliczyć ładunek kationu niklu:
3׳adunek kationu=−1×(2×3−)=6+ładunek kationu=6+3=2+\begin{aligned}\text{3}\times\greenD{\text{ładunek kationu}}&=-1\times (\text{2}\times{3-})=6+ \\ \\ \greenD{\text{ładunek kationu}}&=\dfrac{6+}{3}=2+\end{aligned}
Teraz wiemy, że kationem w naszym związku jest jon niklu (II). Aby nazwać cały związek, zaczynamy od nazwy anionu, a po nim podajemy nazwę kationu wraz z jego ładunkiem zapisanym cyfrą rzymską w nawiasie.
Zatem, nazwą tego związku jest fosforan (V) niklu (II).

Przykład 3: Rozbijanie związków jonowych na jony

Jakie jony zawarte są w związku jonowym start text, C, a, left parenthesis, M, n, O, end text, start subscript, 4, end subscript, right parenthesis, start subscript, 2, end subscript?
Podaj ilość, wzór oraz ładunek każdego z jonów.
Analizując wzór związku jonowego, w pierwszej kolejności szukamy w nim wzorów znanych nam jonów. W tym przypadku zauważamy, że start text, M, n, O, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, minus, end superscript, nadmanganian, jest jednym z jonów poliatomowych wymienionych w naszej tabelce powyżej. Widzimy, że w tym związku obecne są dwa jony nadmanganianowe.
Nadmanganian posiada ładunek 1-, co oznacza że sumaryczny ładunek wnoszony do cząsteczki przez jony nadmanganianowe wynosi 2, times, left parenthesis, 1minus, right parenthesis, equals, 2minus. Przypomnijmy, że sumaryczny ładunek wszystkich cząsteczek musi wynosić zero. Stąd, wapń musi być kationem start text, C, a, end text, start superscript, 2, plus, end superscript aby zrównoważyć sumaryczny ładunek 2- pochodzący od dwóch jonów start text, M, n, O, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, minus, end superscript.
Możemy sprawdzić nasz tok rozumowania zadając sobie pytanie: "Czy wapń tworzy zazwyczaj kationy o ładunku 2+?" Ponieważ start text, C, a, end text jest metalem grupy 2, będzie on zwykle traci dwa elektrony tworząc kationy o ładunku 2+. Tym samym nasza odpowiedź jest zgodna z naszą wiedzą o reaktywności chemicznej, hurra!
Tak więc, związek jonowy start text, C, a, left parenthesis, M, n, O, end text, start subscript, 4, end subscript, right parenthesis, start subscript, 2, end subscript zawiera jeden kation start text, C, a, end text, start superscript, 2, plus, end superscript i dwa aniony start text, M, n, O, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, minus, end superscript.
Umiejętność rozbijania związków jonowych na jony składowe przydaje się w wielu sytuacjach. Jednym z przykładów może być przypadek kiedy związek jonowy zostaje rozpuszczony w wodzie w celu przeprowadzenia reakcji. Wiele związków jonowych jest rozpuszczalnych w wodzie, a jony składowe dysocjują w roztworze. Zdysocjowane jony mogą następnie uczestniczyć w reakcjach chemicznych niezależnie od innych jonów z oryginalnego związku jonowego.

Podsumowanie

Podobnie jak jony powstają poprzez przyjęcie lub utratę elektronów przez obojętny atom, tak jony poliatomowe powstają poprzez przyjęcie lub utratę elektronów przez obojętną cząsteczkę. Tym samym, jon poliatomowy jest grupą związanych kowalencyjnie atomów, która posiada ładunek ze względu na to, że sumaryczna liczba elektronów w cząsteczce nie jest równa sumarycznej liczbie protonów jakie posiada. W kropkowej strukturze Lewisa jonu poliatomowego, suma ładunków formalnych wszystkich atomów musi być równa ładunkowi jonu.
Znajomość często występujących jonów poliatomowych będzie przydatna do rozpoznawania związków jonowych i przewidywania ich reaktywności. Mimo że nauka wszystkich jonów poliatomowych może wydawać się przytłaczająca, istnieją pewne wzorce odnośnie wzorów, nazw i ładunków wielu jonów. Wzorców tych da się nauczyć, dzięki czemu nie trzeba uczyć się wszystkich jonów na pamięć.
Bonus: Kiedy opanujesz już jony poliatomowe, możesz zagrać w grę "Znajdź jon poliatomowy", która polega na szukaniu przykładów związków zawierających jony poliatomowe w codziennym życiu. Podaliśmy w tym artykule przykłady sody oczyszczonej i kredy. Uda si się znaleźć ich więcej? Podpowiedź: sprawdź skład twojego balsamu, szamponu lub pasty do zębów. Nie krępuj się napisać nam o innych przykładach w komentarzach!

Spróbuj sam!

Zadanie 1
Jaki jest wzór chemiczny wodorofosforanu litu?
Wybierz 1 odpowiedź:

Zadanie 2
Jak brzmi poprawna nazwa związku o wzorze left parenthesis, start text, N, H, end text, start subscript, 4, end subscript, right parenthesis, start subscript, 2, end subscript, start text, S, end text ?
Wybierz 1 odpowiedź:

Zadanie 3
Jakie jony zawarte są w związku jonowym start text, F, e, C, r, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 7, end subscript?
Podaj ilość, wzór oraz ładunek każdego z jonów.
Wybierz 1 odpowiedź:

Chcesz dołączyć do dyskusji?

Zaloguj się
Rozumiesz angielski? Kliknij tutaj, aby zobaczyć więcej dyskusji na angielskiej wersji strony Khan Academy.