Ionisidokset ja ioniyhdisteet

Tiivistelmä

  • Atomit muodostavat keskenään sidoksia ja syntyy yhdisteitä
  • Kemiallisen sidoksen tyypit ovat ionisidos, kovalenttinen sidos ja metallisidos
    • Ionisidos muodostuu, kun metalli ja epämetalli reagoivat keskenään
      • Vetovoima negatiivisesti varautuneen metallin ja positiivisesti varautuneen epämetallin välillä
      • Ionisidoksellista yhdistettä kutsutaan suolaksi
    • Epämetallien reagoidessa keskenään syntyy molekyyli, jossa on kovalenttinen sidos.
      • Kovalenttisessa sidoksessa atomeilla on yhteisiä elektroneja

Tehtävät </WRAP>

Atomit ovat vain harvoin yksin. Ylivoimaisesti suurin osa atomeista on jatkuvasti sitoutuneena muihin atomeihin. Mitä tämä tarkoittaa ja mistä se johtuu?

Oktetti

Helium on oktetissa, sillä sen uloimmalle elektronikuorelle ei mahdu lisää elektroneita.

Aiemmin opit, että atomissa elektroneja on yhtä monta kuin protonia. Tällöin sanotaan, että atomi on perustilassaan: protonien positiivinen varaus ja elektronien negatiivinen varaus kumoavat toisensa. Tämä ei kuitenkaan ole atomeille mieluisin tila. Kaikki atomit pyrkivät saamaan uloimman elektronikuorensa täyteen. Tällöin atomi on energeettisesti parhaassa tilassa, eli oktetissa. Atomit pyrkivät reagoimaan muiden atomien kanssa siten, että ne saisivat uloimman elektronikuorensa täyteen. Oktetti voidaan saavuttaa kahdella tapaa, joita käsitellään seuraavaksi.

Ionisidos ja ioniyhdisteet

Tarkastellaan kahta atomia: natriumia ja klooria. Natriumilla on uloimmalla elektronikuorellaan vain yksi elektroni, kun taas kloorilla on uloimmalla kuorellaan seitsemän elektronia. Molemmat atomit voivat saavuttaa oktetin siirtämällä yhtä elektronia: natrium luovuttamalla yhden elektronin ja kloori vastaanottamalla yhden elektronin. Kun kloori- ja natriumatomit pääsevät lähekkäin, natrium luovuttaa kloorille yhden elektroneistaan. Atomit siis reagoivat. Tällä tavoin molemmat atomit saavuttavat oktetin.

Kuten jaksollisesta järjestelmästä nähdään, natriumilla on yksi ulkoelektroni ja kloorilla seitsemän.
Ruokasuola (NaCl) on natriumin ja kloorin muodostama ioniyhdiste.

Elektronin luovutuksesta johtuen natriumilla on nyt yhden elektronin vajaus. Koska protonien määrä ei ole muuttunut, sillä on nyt yksi protoni enemmän kuin elektroneita. Protonit ja elektronit eivät siis enää kumoa toistensa varausta, vaan nyt natriumilla on positiivinen kokonaisvaraus, ja se merkitään Na+. Vastaavasti kloori sai yhden elektronin lisää, joten kloorilla on negatiivinen kokonaisvaraus, ja se merkitään Cl. Kun atomin kokonaisvaraus ei ole neutraali, sitä kutsutaan ioniksi. Erimerkkiset varaukset vetävät toisiaan puoleensa, joten Na+- ja Cl-ionit sitoutuvat toisiinsa.

Positiivisesti varautuneet Na+ -ionit ja negatiivisesti varautuneet Cl -ionit menevät lähelle toisiaan. Ioniyhdisteissä onkin paljon positiivisesti ja negatiivisesti varautuneita ioneja säännöllisessä järjestyksessä hyvin lähellä toisiaan.

Tätä yhdistettä kutsutaan natriumkloridiksi. Tämä voidaan ilmoittaa kemiallisena reaktiona seuraavasti:

Na+ + Cl ⇒ NaCl

Tutumpi nimi natriumkloridille on ruokasuola. Kaikkia yhdisteitä, jotka muodustuvat metallin ja epämetallin välille, kutsutaan **ioniyhdisteiksi, eli suoloiksi**. Koska metalleja ja epämetalleja on paljon erilaisia, on myös suoloja tuhansia erilaisia.

Natrium luovuttaa yhden elektroneistaan kloorille. Näin molemmat saavat oktetin.

Vastaavasti esimerkiksi magnesium ja happi voivat muodostaa ioniyhdisteen. Magnesium on jaksollisessa järjestelmässä ryhmässä 2, joten se pääsee oktettiin luovuttamalla kaksi elektronia. Happi on pääryhmässä 6, eli saa oktetin ottamalla vastaan kaksi elektronia.

Happi ottaa vastaan kaksi elektronia magnesiumilta, jolloin muodostuu magnesiumoksidia, MgO.

Ionit ja niiden muodostamat suolat

Kaikilta ensimmäisen ryhmän alkuaineet saavat oktetin luovuttamalla yhden elektronin, joten niiden ionin varaus on +1 (esimerkiksi Na+ ). Vastaavasti kaikkien toisen ryhmän alkuaineiden varaus on +2, seitsemännen pääryhmän alkuaineiden −1 ja kuudennen pääryhmän −2. Muissa ryhmissä ja monen atomin ioneissa päättely ei ole niin helppoa. Taulukossa on kuvattu yleisimmät ionit ja niiden varaus.

Yleisimmät positiiviset ionit Yleisimmät negatiiviset ionit
Kemiallinen kaava Nimi Kemiallinen kaava Nimi
H+ Vety O2− Oksidi
Li+ Litium F Fluoridi
Na+ Natrium Cl Kloridi
K+ Kalium Br Bromidi
Ca2+ Kalsium OH Hydroksidi
Cu2+ Kupari SO4 2− Sulfaatti
Fe2+ Rauta NO3 Nitraatti
Al3+ Alumiini CO3 2− Karbonaatti

Kun negatiiviset ionit muodostavat sidoksia positiivisten ionien kanssa, ne muodostavat ioniyhdisteen. Atomien määrä riippuu ionien varauksista. Reaktiossa muodostuvan ioniyhdisteen kokonaisvaraus on aina 0, eli positiivisia ja negatiivisia varauksia on yhtä paljon, jolloin ne kumoavat toisensa. Esimerkiksi:

Na+ + Cl → NaCl Varaukset +1 ja −1, joten molempia tarvitaan yksi
Mg2+ + O2− → MgO Varaukset ovat +2 ja −2, joten molempia tarvitaan yksi
2 Na+ + O2− → Na2O Varaukset ovat +1 ja −2, natriumioneja tarvitaan kaksi kumoamaan hapen −2 varaus

Mikä ioniyhdiste syntyy alumiini- ja kloridi-ionin reaktiossa? Katso ratkaisu videolta.

Taulukossa on joitain yleisimpiä ioniyhdisteitä.

Positiivinen ioni Negatiivinen ioni Kemiallinen kaava Nimi
Na+ Cl NaCl Natriumkloridi
Na+ O2− Na2 O Natriumoksidi
Mg2+ Cl MgCl2 Magnesiumkloridi
Zn2+ O2− ZnO Sinkkioksidi
Ca2+ CO3 2− CaCO3 Kalsiumkarbonaatti
Cu2+ SO4 2− CuSO4 Kuparisulfaatti

Osaatko?

  1. Päättele jaksollisen järjestelmän avulla, mikä on seuraavien atomien muodostamien ionien varaus?
    1. Vety
    2. Beryllium (Be)
    3. Kalsium
    4. Jodi
    5. Rikki
  2. Mikä suola muodostuu seuraavien atomien ioneista?
    1. Litium ja kloori.
    2. Kalium ja happi.
    3. Rauta ja Bromi.

Näytä vastaukset

Näytä vastaukset

  1. Päättele jaksollisen järjestelmän avulla, mikä on seuraavien atomien muodostamien ionien varaus?
    1. H+
    2. Be2+
    3. Ca2+
    4. I
    5. S2−
  2. Mikä suola muodostuu seuraavien atomien ioneista?
    1. LiCl, eli litiumkloridi
    2. K2O, eli kaliumoksidi
    3. FeBr2, eli rautabromidi