3.5: Ionische Verbindungen: Formeln und Nomenklatur

Ein Element, das aus Atomen besteht, die leicht Elektronen verlieren (ein Metall), kann mit einem Element, das aus Atomen besteht, die leicht Elektronen aufnehmen (ein Nichtmetall), reagieren, um durch vollständigen Elektronentransfer Ionen zu erzeugen. Die durch diese Übertragung gebildete Verbindung wird durch die elektrostatische Anziehung (ionische Bindungen) zwischen den entgegengesetzt geladenen Ionen stabilisiert.

Wenn man sich im Periodensystem von ganz rechts nach links bewegt, gewinnen nichtmetallische Elemente häufig Elektronen und bilden Anionen mit der gleichen Elektronenzahl wie ein Atom des nächsten Edelgases im Periodensystem und einer negativen Ladung, die der Anzahl der Gruppen entspricht bewegte sich von den Edelgasen nach links. Das heißt, Atome der Gruppe 17 gewinnen ein Elektron und bilden Anionen mit der Ladung 1; Atome der Gruppe 16 gewinnen zwei Elektronen und bilden Ionen mit der Ladung 2 und so weiter. Beispielsweise nimmt ein neutrales Sauerstoffatom mit 8 Protonen und 8 Elektronen problemlos zwei Elektronen auf. Dies führt zu einem Anion mit 8 Protonen, 10 Elektronen und einer Ladung von 2 und wird als O²⁻ symbolisiert. Das Anion O²⁻ hat die gleiche Elektronenzahl wie das nächste Edelgas Neon. Der Name der Anionen ist der Name des nichtmetallischen Elements, dessen Endung durch das Suffix -ide ersetzt wird, daher wird O²⁻ Oxid genannt.

Übergangsmetalle und einige andere Metalle weisen häufig variable Ladungen auf, die anhand ihrer Position in der Tabelle nicht vorhersehbar sind. Beispielsweise kann Kupfer Ionen mit einer Ladung von 1+ oder 2+ bilden, und Eisen kann Ionen mit einer Ladung von 2+ oder 3+ bilden.

In jeder ionischen Verbindung ist die Gesamtzahl der positiven Ladungen der Kationen gleich der Gesamtzahl der negativen Ladungen der Anionen. Ionische Verbindungen sind also elektrisch neutral, obwohl sie positive und negative Ionen enthalten. Die Formel einer ionischen Verbindung muss ein Ionenverhältnis aufweisen, so dass die Anzahl der positiven und negativen Ladungen gleich ist.

Wenn eine Verbindung beispielsweise Aluminium und Sauerstoff in Form von Al³⁺ und O²⁻ enthält, lautet die Formel der Verbindung Al₂O₃. Zwei Aluminiumionen mit jeweils einer Ladung von 3+ würden uns sechs positive Ladungen verleihen, und drei Oxidionen mit jeweils einer Ladung von 2 würden uns sechs negative Ladungen verleihen. Somit ist die Verbindung elektrisch neutral und weist die gleiche Anzahl positiver und negativer Ladungen auf.

Viele ionische Verbindungen enthalten mehratomige Ionen als Kation, Anion oder beides. Mehratomige Ionen sind eine Gruppe gebundener Atome, die als diskrete Einheiten fungieren und eine Gesamtladung tragen. Wie einfache ionische Verbindungen müssen auch diese Verbindungen elektrisch neutral sein, sodass ihre Formeln vorhergesagt werden können, indem die mehratomigen Ionen als diskrete Einheiten behandelt werden. In der Formel werden Klammern verwendet, um mehratomige Ionen anzuzeigen, die sich wie eine Einheit verhalten. Beispielsweise lautet die Formel für Calciumphosphat, eines der Mineralien in unseren Knochen, Ca₃(PO₄)₂. Die Verbindung enthält das mehratomige Ion PO₄³⁻, das aus einem Phosphoratom und vier Sauerstoffatomen besteht und eine Gesamtladung von 3 aufweist. Diese Formel gibt an, dass auf zwei PO₄³⁻ -Gruppen (insgesamt sechs negative Ladungen) drei Ca²⁺ Ionen (insgesamt sechs positive Ladungen) kommen. Die Verbindung ist elektrisch neutral und ihre Formel zeigt eine Gesamtzahl von drei Ca-, zwei P- und acht O-Atomen.

Ionische Verbindungen werden durch Formeln symbolisiert, die die relative Anzahl ihrer konstituierenden Ionen angeben. Für Verbindungen, die nur einatomige Ionen enthalten (z.B. NaCl) und für viele Verbindungen, die mehratomige Ionen enthalten (z.B. CaSO₄), handelt es sich bei diesen Formeln lediglich um empirische Formeln. Allerdings sind die Formeln für einige ionische Verbindungen, die mehratomige Ionen enthalten, keine empirischen Formeln. Beispielsweise besteht die ionische Verbindung Natriumoxalat aus Na⁺ und C₂O₄² Ionen, die im Verhältnis 2:1 kombiniert sind, und ihre Formel lautet Na₂C₂O₄.

Nomenklatur ionischer Verbindungen

Der Name einer binären Verbindung, die einatomige Ionen enthält, besteht aus dem Namen des Kations (dem Namen des Metalls), gefolgt vom Namen des Anions (dem Namen des nichtmetallischen Elements, dessen Endung durch das Suffix -ide ersetzt wird). Der Name für Na₂O ist beispielsweise Natriumoxid.

Verbindungen, die mehratomige Ionen enthalten, werden ebenfalls ähnlich benannt wie solche, die nur einatomige Ionen enthalten, d.h. indem zuerst das Kation und dann das Anion benannt wird. Der Name für CaSO₄ ist beispielsweise Calciumsulfat.

Die meisten Übergangsmetalle und einige Hauptgruppenmetalle können zwei oder mehr Kationen mit unterschiedlicher Ladung bilden. Verbindungen dieser Metalle mit Nichtmetallen werden nach der gleichen Methode benannt wie binäre Verbindungen, mit der Ausnahme, dass die Ladung des Metallions durch eine römische Zahl in Klammern hinter dem Namen des Metalls angegeben wird.

Die Ladung eines Metallions wird aus der Formel der Verbindung und der Ladung des Anions bestimmt. Beispielsweise weist Eisen in einer binären ionischen Verbindung aus Eisen und Chlor typischerweise eine Ladung von entweder 2+ oder 3+ auf, und die beiden entsprechenden Verbindungsformeln sind FeCl₂ und FeCl₃. In solchen Fällen wird die Ladung des Metallions als römische Zahl in Klammern unmittelbar nach dem Metallnamen angegeben. Diese beiden Verbindungen werden daher Eisen(II)-chlorid bzw. Eisen(III)-chlorid genannt.

Ionische Verbindungen, die Wassermoleküle als integrale Bestandteile ihrer Kristalle enthalten, werden Hydrate genannt. Der Name für ein ionisches Hydrat wird abgeleitet, indem dem Namen für die wasserfreie (d.h. nicht hydratisierte) Verbindung ein Begriff hinzugefügt wird, der die Anzahl der Wassermoleküle angibt, die jeder Formeleinheit der Verbindung zugeordnet sind. Das hinzugefügte Wort beginnt mit einem griechischen Präfix, das die Anzahl der Wassermoleküle angibt, und endet mit Hydrat. Beispielsweise existiert die wasserfreie Verbindung Kupfer(II)-sulfat auch als Hydrat, das fünf Wassermoleküle enthält und als Kupfer(II)-sulfat-Pentahydrat bezeichnet wird. Penta = 5). Waschsoda ist die gebräuchliche Bezeichnung für ein Natriumcarbonathydrat, das zehn Wassermoleküle enthält; Der systematische Name ist Natriumcarbonat-Decahydrat (Deca = 10).

Formeln für ionische Hydrate werden geschrieben, indem ein vertikal zentrierter Punkt, ein Koeffizient, der die Anzahl der Wassermoleküle angibt, und die Formel für Wasser angehängt werden. Beispielsweise wird Kupfer(II)-sulfat-Pentahydrat als CuSO₄·5H₂O geschrieben.

Dieser Text wurde angepasst von Openstax, Chemistry 2e, Section 2.6: Molecular and Ionic Compounds and Openstax, Chemistry 2e, Section 2.7: Chemical Nomenclature.

Ionische Verbindungen bilden ionische Bindungen zwischen positiv geladenen Metallionen und negativ geladenen Nichtmetallionen Diese Verbindungen werden durch chemische Formeln dargestellt. Betrachten Sie Kalziumfluorid. Geben Sie zunächst die Ionen jedes Elements und ihre jeweiligen ionischen Ladungen an.

Man beginnt mit den Kationen, gefolgt von den Anionen. Die Ionenladungen können anhand der Gruppennummer des Elements im Periodensystem bestimmt werden. Calcium aus der Gruppe 2 bildet Kationen mit einer Ionenladung von 2.

Umgekehrt bildet Fluor aus Gruppe 17 Anionen mit einer Ionenladung von 1. Als nächstes wird die Gesamtladung innerhalb der Formel durch Anwendung einer Reaktionsgleichung ausgeglichen. Der kationische Index wird numerisch an die anionische Ladung angepasst und umgekehrt, wodurch eine ladungsneutrale chemische Formel entsteht.

Alle ionischen Verbindungen werden nach einer systematischen Namenskonvention, der chemischen Nomenklatur, benannt. Die chemische Formel hilft bei der Bestimmung des Namens der Verbindung. Binäre ionische Verbindungen benennen zuerst das Metallkation, gefolgt von einer römischen Zahl in Klammern, die die Metallladung angibt, wenn das Metall in verschiedenen kationischen Zuständen vorliegen kann.

Der Name der Anionen, der mit dem Suffix ide'endet, folgt zuletzt. Betrachten Sie die folgenden drei Moleküle. Die Kationen sind Natrium oder Eisen.

Die Anionen sind Jodide oder Bromide. Da Natrium nur eine Art von Kation bildet, wird die in Klammern gesetzte römische Zahl ausgeschlossen. Eisen bildet zwei Arten von Kationen, die durch eingeklammerte römische Zahlen dargestellt werden.

Die Namen lauten daher Natriumiodid, Eisen(II)bromid und Eisen(III)bromid. Polyatomare ionische Verbindungen folgen den gleichen Nomenklaturregeln, verwenden jedoch den Namen des polyatomaren Anions anstelle des Suffixes ide'Polyatomare Anionen, die Sauerstoff oder Oxyanionen enthalten, werden nach der Anzahl der Sauerstoffatome benannt. So werden beispielsweise mehrere mehratomige ionische Verbindungen zwischen Natrium-und Bromoxyanionen gebildet.

Das häufigste Oxyanion eines Elements wird durch Kombination des Elementnamens mit dem Suffix ate'benannt. Das Suffix ändert sich zu ite'mit einem Sauerstoffatom weniger, oder es erhält die Vorsilbe per-mit einem Sauerstoffatom mehr. Schließlich erhält das Oxyanion mit einem Sauerstoffatom weniger als das mit ite'endende Oxyanion die Vorsilbe hypo-Daher sind die ionischen Verbindungen Natriumperbromat, Natriumbromat, Natriumbromit und Natriumhypobromit.

Hydratisierte ionische Verbindungen oder Hydrate wie CaCl2·2H2O enthalten chemisch assoziierte Wassermoleküle. Der ionische Teil wird zuerst genannt. Die Anzahl der Wassermoleküle wird durch griechische Zahlen-Präfixe angegeben, gefolgt von dem Suffix hydrat'Der chemische Name von CaCl2·2H2O ist Kalziumchlorid Dihydrat.

Calcium chloride – An ionic compound made by the transfer of electrons from calcium to chlorine. Neutral formula – CaCl₂ has one Ca²⁺ and two Cl⁻ ions, balancing charges for overall neutrality. Binary salt – Named by combining calcium and chlorine, changing the anion name to chloride. Monatomic ions – Calcium loses 2 electrons to form Ca²⁺; chlorine gains 1 to become Cl⁻. Electrostatic attraction – CaCl₂ is held together by ionic bonds between oppositely charged ions..

Define Ionic Bonds – Explain how electron transfer forms ionic bonds between metals and nonmetals (e.g., NaCl) Describe Ion Formation – Identify how atoms gain/lose electrons to form ions with specific charges (e.g., O²⁻) Apply Naming Rules – Use rules to name compounds with monatomic or polyatomic ions (e.g., FeCl₃) Explain Mechanism or Process – Understand how ion ratios ensure electrical neutrality in ionic compounds Apply in Context – Interpret formulas and names for hydrates and determine water content in crystalline salts

What is calcium chloride and how is it formed? Why is calcium chloride considered an ionic compound? How does CaCl₂ achieve a neutral charge in its formula?

Students – Learn effective strategies for studying and memorizing complex lists Educators – Teach memory techniques with concrete and engaging examples Researchers – Explore cognitive tools used in learning and memory enhancement Science Enthusiasts – Discover fun, structured ways to remember scientific facts