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

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

Oktetti

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.

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.

+−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.

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.

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?

Päättele jaksollisen järjestelmän avulla, mikä on seuraavien atomien muodostamien ionien varaus?

Vety

Beryllium (Be)

Kalsium

Jodi

Rikki

Mikä suola muodostuu seuraavien atomien ioneista?

Litium ja kloori.

Kalium ja happi.

Rauta ja Bromi.

Päättele jaksollisen järjestelmän avulla, mikä on seuraavien atomien muodostamien ionien varaus?

H+

Be2+

Ca2+

I−

S2−

Mikä suola muodostuu seuraavien atomien ioneista?

LiCl, eli litiumkloridi

K2O, eli kaliumoksidi

FeBr2, eli rautabromidi