3.4: Klasyfikacja pierwiastków i związków

Czyste substancje składają się tylko z jednego rodzaju materii. Czysta substancja może być pierwiastkiem lub związkiem. Pierwiastek składa się tylko z jednego rodzaju atomów, podczas gdy związek składa się z dwóch lub więcej rodzajów atomów połączonych wiązaniem chemicznym. Pierwiastki są klasyfikowane jako atomowe lub molekularne w oparciu o charakter ich podstawowych jednostek.

Związki to czyste substancje złożone z dwóch lub więcej pierwiastków w ustalonych, określonych proporcjach. Związki są klasyfikowane jako jonowe lub molekularne (kowalencyjne) na podstawie obecnych w nich wiązań.

Związki molekularne

Związki molekularne (lub związki kowalencyjne) powstają, gdy dwa lub więcej różnych atomów niemetalu dzieli elektrony, tworząc wiązania kowalencyjne. Podstawowymi jednostkami związków molekularnych są dyskretne cząsteczki obojętne złożone z różnych atomów składowych. Na przykład związek molekularny tlenek węgla składa się z cząsteczek CO zawierających kowalencyjnie związane atomy węgla i tlenu. Podobnie metanol zawiera cząsteczki CH₃OH jako jednostki zasadowe, stanowiące jeden atom węgla, jeden atom tlenu i cztery atomy wodoru, z których wszystkie są kowalencyjnie połączone. 

Związki molekularne można zidentyfikować na podstawie ich właściwości fizycznych. W normalnych warunkach związki molekularne często występują jako gazy, niskowrzące ciecze i niskotopliwe ciała stałe, chociaż istnieją wyjątki. 

Związki jonowe

Kiedy pierwiastek złożony z atomów, które łatwo tracą elektrony (metal) reaguje z pierwiastkiem złożonym z atomów, które łatwo zyskują elektrony (niemetal), zwykle następuje przeniesienie elektronów, w wyniku czego powstają jony. Związek powstały w wyniku tego przeniesienia jest stabilizowany przez przyciąganie elektrostatyczne (wiązania jonowe) między jonami o przeciwnym ładunku obecnymi w związku. Na przykład, gdy każdy atom sodu w próbce metalicznego sodu (grupa 1) oddaje jeden elektron, tworząc kation sodu, Na⁺, a każdy atom chloru w próbce chloru gazowego (grupa 17) przyjmuje jeden elektron, tworząc anion chlorkowy, Cl⁻, otrzymany związek, NaCl, składa się z jonów sodu i jonów chlorkowych w stosunku jeden jon Na⁺ na każdy jon Cl⁻. 

Związek, który zawiera jony i jest utrzymywany razem przez wiązania jonowe, nazywany jest związkiem jonowym. Związki jonowe to ciała stałe, które zwykle topią się w wysokich temperaturach i wrzą w jeszcze wyższych temperaturach. W postaci stałej związek jonowy nie przewodzi prądu elektrycznego, ponieważ jego jony nie są w stanie płynąć. Jednak po stopieniu może przewodzić elektryczność, ponieważ jego jony mogą swobodnie przemieszczać się w cieczy. 

W każdym związku jonowym całkowita liczba ładunków dodatnich kationów jest równa całkowitej liczbie ładunków ujemnych anionów. Tak więc związki jonowe są ogólnie elektrycznie obojętne, mimo że zawierają jony dodatnie i ujemne. 

Wiele związków jonowych zawiera jony wieloatomowe jako kation, anion lub oba. Podobnie jak w przypadku prostych związków jonowych, związki te muszą być również elektrycznie obojętne, więc ich wzory można przewidzieć, traktując jony wieloatomowe jako jednostki dyskretne. Używamy nawiasów w formule, aby wskazać grupę atomów, które zachowują się jak jednostka. Na przykład wzór na fosforan wapnia, jeden z minerałów w naszych kościach, to Ca₃ (PO₄) ₂. Ten wzór wskazuje, że na każde dwie grupy fosforanowe (PO₄⁾³⁻ przypadają trzy jony wapnia (^Ca2+). Grupy (PO₄)³⁻  są jednostkami dyskretnymi, z których każda składa się z jednego atomu fosforu i czterech atomów tlenu i ma całkowity ładunek 3−. Związek jest elektrycznie obojętny, a jego wzór wykazuje łączną liczbę trzech atomów Ca, dwóch P i ośmiu atomów O.

Ten tekst jest zaadaptowany z Openstax, Chemia 2e, Sekcja 2.6: Związki molekularne i jonowe.