Ioner og ionforbindelser

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.

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.

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

Vendekort

3.3 Simple ioner

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
N^3-	Nitrid
O^2-	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

Vendekort

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.

Mange sammensatte ioner har navne, der ender på “-at” eller “-it”, afhængigt af antallet af oxygenatomer. For eksempel har nitrat (NO₃⁻) et mere oxygenatom end nitrit (NO₂⁻). at" og sulfat, SO₄^2-, har et oxygenatom mere end sulfit, SO₃^2-.

Hvis et hydrogenatom er tilføjet til en ion (f.eks. HCO₃⁻), tilføjes hydrogen i navnet, som i hydrogencarbonat. Ammonium er en af de få positivt ladede sammensatte ioner (NH₄⁺) og er navngivet specifikt.

Tabel 2: udvalgte Sammensatte ioners formel og navne

Formel	Ionnavn
NH₄⁺	Ammonium
OH^-	Hydroxid
NO₃^-	Nitrat
NO₂^-	Nitrit
SO₄^2-	Sulfat
SO₃^2-	Sulfit
CO₃^2-	Carbonat
PO₄^3-	Phosphat
SCN^-	Thiocyanat
HS^-	Hydrogensulfid
H₃O⁺	Oxonium

Fokusspørgsmål

Vendekort del 1

Vendekort del 2

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, der indeholder ilt, er endelsen typisk -at eller -it. 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, PO_4^3-. 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 PO_42. 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	CO₃^2-	Carbonat
K₂S	Kaliumsulfid	K⁺	Kaliumion	S^2-	Sulfid
(NH₄)₂SO₄	Ammoniumsulfat	NH₄⁺	Sulfat	SO₄^2-	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.

Fokusspørgsmål

Vendekort

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. I iongitteret er formelenheden vist. 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. Cl^-er grøn og Na⁺ er lilla. NaCl er en formelenhed.

Fokusspørgsmål

Vendekort

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. Ionerne Ag⁺ 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.