Indhold
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 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 positiv 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 positiv ladet natrium og negativladet chlor. De elektriske kræfter holder ionerne sammen, så de bliver til en ionforbindelse. Tabel 1 viser eksempler på ionforbindelser. Ionforbindelser er altid elektrisk neutrale. Der er altid lige mange positive og negative ladninger. Bemærk antallet af chloratomer. Natrium, magnesium og aluminium har henholdsvis +1, +2 og +3 positive ladninger. Chlorid har -1.
Tabel 1: Ionforbindelser.
| Kemisk formel | Navn |
| NaCl | Natriumchlorid |
| MgCl2 | Magnesiumchlorid |
| AlCl3 | Aluminiumchlorid |
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 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 hjerne.
Lithiumatomet har en elektronstrukturen 2,1 og fluor har elektronstrukturen 2,7 (figur 1). Begge atomer kan opnår 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 negativ, når et atom optager et eller flere elektroner.
Simple ioner består af et atom, som har optaget eller afgivet et eller flere elektroner.
Ioner dannet ud fra hovedgrupperne følger ædelgasreglen. Atomet afgiver eller optager elektroner i yderste skal så elektronstrukturen på 8 eller 2 elektroner opnås. Ioner fra undergrupperne opfører sig anderledes. De har ikke samme systematik som hovedgrupperne. De skal læres udenad.
Simple ion 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+. Ladning angives så med et romertal, jern(II), og udtales jern-2.
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 |
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 |
En formelenhed angiver formlen på den enhed en krystal er opbygget af. En krystal er et iongitter, hvor ionerne sidder i en ordnet struktur. Det er denne ordnet struktur der holder sammen på iongitteret. I en NaCl krystal er den postive natriumion omgivet af negative chloridioner. Den postive og negative ladning holderne iongitteret sammen. Det er stærke elektriske kræfter der holder sammen på krystallen. Krystaller har derfor høje koge- og smeltepunkter. Groft bordsalt består af små krystaller som hver indeholder millioner af natriumioner og chloridioner. I stedet for at angive hvor mange enheder krystallet 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 chorid er 1:1. Derfor 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.
Natriumionen og chlorid sidder sammen i et iongitter og ionerne holdes sammen af ladningen. Iongitteret holdes sammen af ionbindinger mellem den postiv ladet natriumion og den negativ ladet chlorid. Ionbindinger er stærke bindinger og derfor har ionforbindelser (salte) høje koge- og smeltepunkter.
Ionforbindelser navngives ved at angive den positive ion først uden endelsen ion efterfulgt af navnet på den negative ion. Natriumion og chlorid bliver der ved til natriumchlorid, NaCl.
Figur 3. Figur viser uddrag af en NaCl krystal. Cl- er grøn og Na+ er lilla.
En fældningsreaktion danner bundfald, hvis to letopløselige ionforbindelser blandes sammen og der dannes bundfald. Bundfald behøver ikke ligge på bunden. Det kan godt befinde sig i opløsningen. Opløsningen vil så blive uklar. Hvis en opløsning af NaCl (aq) og AgNO3 (aq) blandes vil der dannes et bundfald. NaCl består af ioner Na+ og Cl-, men AgNO3 vil bestå af ionerne Ag+ og NO3-. Hvis disse ioner befinder sig i samme opløsning vil Ag+ og Cl- finde sammen og danne et bundfald af sølvchlorid. Der sker en fældningsreaktion.
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, eller 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 tungtopløselig ionforbindelser. Der vil sker en anden kemisk reaktion.
.
Figur 7. Skemaet viser om to ioner danner en let- eller tungtopløselig ionforbindelse.
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
Løs opgaverne i spillet Saml ionforbindelser.
Opgave 8
På følgende link kan det undersøges om ioner danner let- eller tungtopløselig forbindelser.
Opgave 9
Gør reaktionsskema færdig. Opskriv i ioner og ionfrobindelser og anvend skema 1, til at forudsige om der dannes bundfald. Angives med tilstandsform. se eksempel
Eks: NaCl (aq) + AgNO3 (aq) → Na+ (aq) + Cl- (aq) + Ag+ (aq) + NO3- (aq) → AgCl (s) + NaNO3 (aq).
- MgCl (aq) + PbNO3 (aq) → ?
- FeCl2 (aq) + Na2S → ?
Test din viden om ion og ionforbindelser.