Indhold

 
Læringsmål:
  • Kan forklare opbygningen af en ion.
  • Kan forklare begrebet ionforbindelse.
  • Kan sætte ioner sammen til ionforbindelser.
  • Kan forklare forskellen på simple og sammensatte ioner.
  • Kan forklare begrebet formelenhed og iongitter.
  • Kan navngive og samle ionforbindelser.
 

3.1 Film om ioner


 

 


3.2 Ioner og ionforbindelser


En ion er et atom, der har optaget eller afgivet en eller flere elektroner. En ion har en ladning, og ladningen er enten positiv eller negativ. En positiv ion kaldes også en kation, mens en negativ ion kaldes en anion. En positiv ladning dannes, når atomet afgiver en elektron. Når det neutrale atom afgiver en elektron, vil atomet have en proton mere end antallet af elektroner. Protoner er positivt ladet, og den dannede ion vil have ladningen +1. Omvendt hvis det neutrale atom optager en elektron, vil ionen nu have en elektron mere end antallet af protoner, og ladningen vil nu være -1.

      

 

 

 

 

 

 

 

 Figur 1. Lithium afgiver en elektron (Li+) til fluor. Flour (F -) optager en elektron.

 

 

Ionforbindelser kaldes også salte og består af metal og ikke-metal, som holdes sammen af positive og negative ladninger. Saltet natriumchlorid består af en positivt ladet natriumion og en negativt ladet chloridion. De elektriske kræfter holder ionerne sammen, så de bliver til en ionforbindelse. Tabel 1 viser eksempler på ionforbindelser. Ionforbindelser er altid elektrisk neutrale, hvilke betyder, at der altid lige mange positive og negative ladninger. Bemærk antallet af chloridioner på henholdsvis, natrium, magnesium og aluminium. Natrium har ladningen +1, magnesium har ladningen +2 og aluminium har ladning +3. Chlorid har ladningen -1. Så når ionforbindelser er elektrisk neutrale skal der være henholdsvis 1, 2 eller 3 chlorid.

Tabel 1: Ionforbindelser.

Kemisk formel Navn
 NaCl  Natriumchlorid
 MgCl2  Magnesiumchlorid
 AlCl3  Aluminiumchlorid

 

Fokusspørgsmål til teksten


3.3 Simple ioner


 

 

Atomer i 8. hovedgruppe er alle ædelgasser og har 8 elektroner i yderste skal, på nær helium, som har 2. Denne elektronstruktur gør atomet stabilt, og atomer med 8 elektroner i yderste skal vil derfor sjældent indgå i kemiske reaktioner. Denne opdagelse har fået navnet ædelgasreglen, og den siger, at atomer vil prøve at opnå 8 elektroner i yderste skal (eller 2) ved at optage eller afgive elektroner. Senere skal vi se på, at atomer også kan dele elektroner for at opnå stabil elektronstruktur. Elektronstruktur angiver antallet af elektroner i hver skal. Elektronstrukturen kan ses i det periodiske system i øverste højre hjørne.

Lithiumatomet har elektronstrukturen 2,1, og fluor har elektronstrukturen 2,7 (figur 1). Begge atomer kan opnå stabil elektronstruktur ved, at Li afgiver en elektron til F. De bliver nu begge ioner og opnår en positiv og negativ ladning ved at have forskelligt antal protoner og elektroner. Når lithiumatomet afgiver en elektron, opnår det elektronstrukturen 2, mens fluor opnår elektronstrukturen 2,8. Li bliver til Li+ og F bliver til F-. Et atom bliver positivt, når det afgiver en eller flere elektroner, og negativt, når et atom optager et eller flere elektroner.

Simple ioner består af et atom, som har optaget eller afgivet et eller flere elektroner. Simple ioner er angivet med enten et stort bogstav (f.eks. H+) eller med et stort og et lille bogstav (f.eks. Na).

Ioner dannet ud fra hovedgrupperne følger ædelgasreglen. Atomet afgiver eller optager elektroner i yderste skal, så der opnås en elektronstruktur med 8 eller 2 elektroner. Ioner fra undergrupperne opfører sig anderledes. De har ikke samme systematik som hovedgrupperne. De skal læres udenad.

Simple ioner navngives ved at tilføje endelsen -ion til positive ioner og endelsen -id til negative ioner (tabel 2).

Nogle ioner i undergrupperne kan have flere ladninger. F.eks. kan jern have ladningen Fe2+ og Fe3+. Ladningen angives så med et romertal, jern(II) og jern(III), og udtales jern 2 og jern 3.


Tabel 2. Udvalgte simple ioners formel og navn.

 Formel  Ionnavn
 Na+  Natriumion
 K+  Kaliumion
 Mg2+  Magnesiumion
 Ca2+  Calciumion
 Al3+  Aluminiumion
 N3-  Nitrid
 O2-  Oxid
 Cl-  Chlorid
 Br-  Bromid
 Fe3+  Jern(III)ion
 Fe2+  Jern(II)ion
 Cu+  Kobber(I)ion
 Cu2+  Kobber(II)ion
 Ag+  Sølv(I)ion
 Zn+  Zink(I)ion
 Zn2+  Zink(II)ion
 Ni2+  Nikkel(II)ion
 Cr3+  Chrom(III)ion

 

Fokusspørgsmål til teksten  


3.4 Sammensatte ioner


 

 

Sammensatte ioner består af to eller flere forskellige ikke-metal atomer med en positiv eller negativ ladning. Hydroxid er en sammensat ion, OH-. Sammensatte ioner består af mindst to forskellige atomer. Atomerne er ikke-metaller og har en positiv eller negativ ladning.

 Tabel 2: udvalgte Sammensatte ioners formel og navne

Formel Ionnavn
 NH4+  Ammonium
 OH-  Hydroxid
 NO3-  Nitrat
 NO2-  Nitrit
 SO42-  Sulfat
 SO32-  Sulfit
 CO32-  Carbonat
 PO43-  Phosphat
 SCN-  Thiocyanat
 HS-  Hydrogensulfid
 H3O+  Oxonium

 

Fokusspørgsmål til teksten


3.5 Navngivning af ionforbindelser


 

 

Ionforbindelser består af positive og negative ioner, som er sat sammen, så den samlede ladning er 0. Det vil sige, at alle ionforbindelser er elektrisk neutrale. Antallet af positive og negative ioner i en ionforbindelse vil afhænge af de forskellige ioners ladning. Tabel 3 viser eksempler på ionforbindelser.

For at navngive en ionforbindelse er det nødvendigt først at identificere både den positive og den negative ion. Det er essentielt at kunne genkende de forskellige ioner i en ionforbindelse. I processen med at navngive ionforbindelsen bruges navnene på de involverede ioner, hvor navnet på den negative ion afsluttes med endelsen "-id" i simple ioner.

Navngivningen af ionforbindelser, der involverer sammensatte ioner, er en smule mere kompleks. I disse tilfælde skal parenteser undertiden bruges, især når der er mere end et eksemplar af den samme negative ion. I modsætning til simple ioner, hvor navnet på den negative ion typisk ender på "-id", bibeholdes navnet på den sammensatte ion. For eksempel kaldes CaSO4 for calciumsulfat. For sammensatte negative ioner (anioner), der indeholder ilt, er endelsen typisk "-at" eller "-it". "-at" indikerer en højere mængde ilt (som sulfat, SO42-), mens "-it" indikerer en lavere mængde ilt (som sulfite, SO32-).For negative ioner uden ilt, bruges ofte endelsen "-id", som i chlorid (Cl⁻). For yderligere detaljer og eksempler, se tabel 2

Når den positive ion i en ionforbindelse kan eksistere med flere forskellige ladninger, bruges romertal i forbindelsens navn for at præcisere den specifikke ladning. Tag for eksempel jern(II)chlorid (FeCl₂), hvor jernionen har en ladning på +2, mens chloridionen er -1. Da jern kan forekomme med både +2 og +3 ladninger, hjælper denne angivelse med at differentiere mellem ionforbindelser af samme element, men med varierende ladninger. For yderligere eksempler på diverse ionforbindelser med varierende ladninger, se tabel 3.

Hvis en ionforbindelse indeholder flere af samme positive eller negative ion, anvendes parenteser for klarhed. I eksemplet jern(II)phosphat: Denne forbindelse består af jern(II)ionen, Fe2+, og den sammensatte ion phosphat, PO43-. For at opnå en elektrisk neutral ionforbindelse skal der være balance mellem de positive og negative ladninger. Jernphosphat opskrives på følgende møde: Fe3(PO4)2. Her bruges parenteser omkring phosphationen for at undgå forvirring; uden dem kunne det fejlagtigt antydes, at der er 42 oxygenatomer i phosphat som i PO42. I dette tilfælde sikrer kombinationen af tre jern(II)ioner og to phosphationer, at jernphosphaten er elektrisk neutral.

 

Tabel 3. Eksempler på ionforbindelser.

Ionforbindelse Navn Positiv ion Navn positiv ion Negativ ion Navn negativ ion
 NaCl  Natriumchlorid  Na+  Natriumion  Cl-  Chlorid
 FeCO3  Jerncarbonat  Fe2+  Jern(II)ion  CO32-  Carbonat
 K2S  Kaliumsulfid  K+  Kaliumion  S2-  Sulfid
 (NH4)2SO4  Ammoniumsulfat  NH4+  Sulfat  SO42-  Sulfat

 

Det kan være lidt kompliceret at sætte ioner sammen til ionforbindelser. Det vigtigste er, at kunne identificere de forskellige ioner og deres ladning og derefter gennemskue antallet af positive og negative ioner, så den samlede ladning bliver 0. I opgave 7 træner du online, hvordan du sætter ioner sammen, så den samlede ladning bliver 0.


3.6 Formelenhed


 

 

En formelenhed angiver formlen på den enhed, en ionforbindelse er opbygget af. Navnet krystal anvendes også for faste ionforbindelser. I en ionforbindelse er ionerne placeret i et iongitter, hvor ionerne sidder i en ordnet struktur, der holder sammen på iongitteret. I en NaCl krystal er den positive natriumion omgivet af negative chloridioner. Den positive og negative ladning holder iongitteret sammen. Det er stærke elektriske kræfter, der holder sammen på iongitteret. Ionforbindelser har derfor høje koge- og smeltepunkter. Bordsalt består af små krystaller, som hver indeholder millioner af natriumioner og chloridioner. I stedet for at angive, hvor mange enheder ionforbindelsen består af, angives den simpleste form. Bordsalt skrives som NaCl, selvom saltet består af millioner af ioner.

Figur 3 viser en 3D modul af et iongitter bestående af natriumioner og chloridioner. Start 3d animationen og se, hvordan ionerne er placeret i forhold til hinanden. Der kan zoomes ud og ind ved at benytte to fingre. Forholdet mellem natriumion og chlorid er 1:1. Derfor er formelenheden NaCl. I ionforbindelser anvendes begrebet koordinationstal, og angiver antallet af naboer, et atom er omgivet af. Koordinationstallet for en NaCl krystal er seks i det at natrium er omgivet af seks chlorid og chlorid er omgivet af seks natrium. Ionbindinger er stærke bindinger og derfor har ionforbindelser høje koge- og smeltepunkter.

 


Figur 3. Figur viser uddrag af en NaCl krystal. Cler grøn og Na+ er lilla. 


3.7 Fældningsreaktion


En fældningsreaktion i kemi er en proces, hvor to opløsninger, der indeholder opløselige ionforbindelser, blandes sammen, og som resultat af denne blanding dannes der en tungtopløselig ionforbindelse. Denne tungtopløselige ionforbindelse danner et bundfald. En fældningsreaktion sker, når ioner af letopløselige ionforbindelser går sammen og danner en tungtopløselig ionforbindelse.

Når to letopløselige ionforbindelser kombineres, kan der opstå en fældningsreaktion, hvilket resulterer i dannelse af bundfald. Bundfald er ikke altid placeret på bunden af beholderen, men kan også være suspenderet i opløsningen, hvilket gør opløsningen uklar. Et eksempel på en sådan reaktion er en blanding af NaCl (aq) og AgNO3 (aq). NaCl deler sig til Na+ og Cl- ioner, mens AgNO3 deler sig i Ag+ og NO3- ioner. Når disse ioner er i samme opløsning, reagerer Ag+ og Cl- ionerne og danner bundfald af sølvchlorid (AgCl), da sølvchlorid er tungtopløselig opløseligt i vand. Denne proces er et eksempel på en fældningsreaktion.

 

 Figur 4. To koniske kolber med en opløsning af natriumchlorid og sølvnitrat.

 

 Figur 5. De to opløsninger blandes

 

 Figur 6. Ioner neAg+ og Cl- danner en tungtopløselig ionforbindelse og dermed bundfald.

 

Det kan være svært at forudsige, om en ionforbindelse danner bundfald, er tungtopløselig eller letopløseligt. Derfor anvendes et skema til at forudsige, om der dannes bundfald. Se figur 7. Hvide felter angiver at ionerne ikke danner let- eller tungtopløselige ionforbindelser. Der vil ske en anden kemisk reaktion.

 

.

 Figur 7. Skemaet viser om to ioner danner en let- eller tungtopløselig ionforbindelse.

 


3.8 Opgaver


 

Opgave 1

Beskriv hvad der sker i animation 1 og animation 2.

 

Opgave 2

Angiv elektronstruktur for følgende atomer:

  • Na
  • Cl
  • Mg
  • Al
  • C
  • N
  • Br
  • He
  • Ne

 

Opgave 3

Angiv elektronstruktur for følgende ioner.

  • Na+
  • Cl-
  • Mg2+
  • Al3+
  • N3-
  • Br-
  • He
  • Ne

 

Opgave 4

Angiv kordinationstal for NaCl ved at anvende figur 3. Tryk på link for 3d model

 

Opgave 5

Angiv ladning på følgende atomer ud fra oplysningen.

  • Na afgiver 1 elektron.
  • K afgiver 1 elektron.
  • S optager 2 elektroner.
  • F optager 1 elektron.
  • P optager 3 elektroner.

 

Opgave 6

Skriv den kemiske formel for følgende sammensatte ioner.

  • Ammonium.
  • Sulfat.
  • Carbonat.
  • Phosphat.

 

Opgave 7

Skriv det kemiske navn for følgende ionforbindelser.

  • NaCl
  • MgCl2
  • Al2(CO3)3
  • NH4Cl
  • KBr
  • NaI
  • K3(PO4)2
  • CuSO4

 

Opgave 8

Skriv den kemiske formel for følgende ionforbindelser.

  • Natriumklorid
  • Kaliumbromid
  • Calciumklorid
  • Magnesiumoxid
  • Bariumsulfat
  • Aluminiumoxid
  • Lithiumfluorid
  • Kaliumnitrat
  • Natriumkarbonat
  • Kobber(II)sulfat

 

Opgave 9

Løs opgaverne i spillet Saml ionforbindelser.

Introduktion til spillet.

Samle ionforbindelser.

 

Opgave 10

Brug følgende link til at løse opgaven:

Fældningsreaktioner

1. Undersøg hvilke ioner, følgende ionforbindelserne er sammensat af:

Udfyld skema 1.

Skema 1

Ionforbindelse

Positiv Ion

Negativ ion

Antal positive ioner

Antal negative ioner

K2SO4

K+

SO42-

2

1

AgNO3

 

 

 

 

Ca(NO3)2

 

 

 

 

NaCl

 

 

 

 

Na2CO3

 

 

 

 

Pb(NO3)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Bland nu følgende ionforbindelser:

  1. Bland 2 x 3 salte fra tabel 1 og udfyld tabel 2.
  2. Tryk pil ned og indsæt billede af hver reaktion.

Skema 2

Reaktanter

Ioner

Tungtopløseligt produkt

Observation

K2SO4 + AgNO3

K+ + SO42- + Ag+ + NO3-

Ag2SO4

Hvidt bundfald

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Opgave 11

Gør reaktionsskemaer færdige
Skriv (s) hvis tungtopløselig eller (aq) hvis letopløselig

Ca(NO3)2 (aq) + Na2SO4 (aq) → Ca2+ + NO3- + Na+ + SO42-  → CaSO4 (s) + NaNO3 (aq) 

NH4Cl (aq) + AgNO3 (aq) → 

KBr (aq) + AgNO3(aq) → 

Na2S (aq) + CuSO4 (aq) → 

Li2CO3 (aq) + MgCl2 (aq) →

NH4NO3 (aq) + KCl (aq) → 

Na3PO4 (aq) + CaCl2(aq) → 

Fe2(SO4)3 (aq) + 3 BaCl2 (aq) → 

2 NaOH (aq) + Zn(NO3)2 (aq) → 

 

Opgave 12

Gør reaktionsskemaer færdige
Skriv (s) hvis tungtopløselig eller (aq) hvis letopløselig

KI (aq) + Pb(NO3)2 (aq) → 

NH4NO3(aq) + BaCl2(aq) → 

MgSO4 (aq) + Li2CO3 (aq) → 

CaCl2 (aq) + Na3PO4 (aq) → 

K2S (aq) + Cu(NO3)2 (aq) → 

Na2SO4 (aq) + Ba(NO3)2 (aq) → 

FeCl3 (aq) + 3 NaOH (aq) → 

(NH4)2S (aq) + Al(NO3)3 (aq) → 

 

Opgave 13

Løs opgaver i Word rodeo. Du har tre forsøg.

 


3.9. Test din viden.


Test din viden om ion og ionforbindelser.