Скрепление ионов друг с другом: ионные соединения
Скрепление ионов друг с другом: ионные соединения
Противоположно заряженные частицы (катион и анион) притягиваются друг к другу, образуя тем самым ионное соединение, например соль (см. раздел «Магия ионной связи: натрий + хлор = поваренная соль» ранее в главе). Только не забывайте об одном важном моменте: соединение должно быть нейтральным (или, как еще говорят, электронейтральным), т. е. количество положительных зарядов должно быть равно количеству отрицательных.
Взаимодействие магния с бромом
Предположим, вам нужно узнать формулу, или состав соединения, которое образуется в результате реакции магния с бромом. Для этого вначале запишите символы двух элементов (причем символ металла должен находиться слева), а затем добавьте к ним их заряды. (Пока забудьте о линиях пересечения. Если вы не знаете, что это такое, обратитесь к разделу «Использование правила пересечения» далее в главе.)
Ниже приведены электронные конфигурации для магния и брома.
Магний (Mg): 1 s22s22p63s2
Бром (Br): 1s22s22p63s23p64s23d104p5
У магния, щелочноземельного металла, есть два валентных электрона, которые он отдает, образуя катион с зарядом 2+. Электронная конфигурация катиона магния приведена ниже.
Mg2+ 1s22s22p6
У брома, галогена, есть семь валентных электронов, поэтому ему нужен еще один электрон, чтобы заполнить внешний энергетический уровень и образовать анион брома с зарядом 1-. Ниже показана электронная конфигурация аниона брома.
Br1- 1s22s22p63s23p64s23d104p6
Обратите внимание: если ион однозарядный (т. е. имеет один положительный или отрицательный заряд), то 1 обычно не пишется. В этом случае просто используется знак «+» или «-», а 1 только подразумевается. Однако в примере с ионом брома я использую 1.
Итак, соединение должно быть электронейтральным: количество положительных зарядов должно быть равно количеству отрицательных, т. е. общий заряд соединения должен быть равен нулю. Ион магния имеет заряд 2+. Поэтому, чтобы уравновесить два положительных заряда магния, нужны два аниона брома, каждый из которых представляет собой отрицательный однозарядный ион. Таким образом, формулой соединения, образуемого во время реакции магния с бромом, является MgBr2.
Использование правила пересечения
Существует способ, позволяющий быстро определить формулу ионного соединения, — это правило пересечения.
Пример использования этого правила приведен на рис. 6.3. Возьмите численное значение, соответствующее верхнему индексу иона металла (при этом знак заряда учитывать не нужно), и поместите его в качестве нижнего индекса для символа, указывающего ион неметалла. Затем возьмите численное значение, указанное в виде верхнего индекса неметалла, и перенесите его в нижний индекс металла. (Как уже отмечалось, если численное значение равно 1, то оно не указывается, а просто подразумевается.) Таким образом, в нашем примере число 2, соответствующее заряду магния, становится нижним индексом брома, а число 1, соответст-
вующее заряду брома, становится нижним индексом магния. (Однако единицу в качестве нижнего индекса магния в формулу ставить не следует.) В результате получается формула бромида магния — MgBr2.
А что получится при взаимодействии алюминия и кислорода? Использование правила пересечения для этой реакции демонстрируется на рис. 6.4.
Рис. 6.3. Вывод формулы бромида магния Рис. 6.4. Вывод формулы оксида алюминия
Правило пересечения справедливо и для многоатомных ионов. В качестве примера рассмотрим соединение, образованное катионом аммония и анионом сульфида.
(NH4)2S
Обратите внимание на то, что для нейтрализации отрицательного двухзарядного иона сульфида необходимо два иона аммония (т. е. два однозарядных положительных иона), поэтому ион аммония заключен в скобки и к нему в качестве нижнего индекса добавлено число 2.
Правило пересечения работает очень хорошо, но существует один нюанс. Предположим, нужно написать формулу соединения, образуемого при реакции кальция с кислородом. Кальций, щелочноземельный металл, образует катион 2+, а кислород образует анион 2-. Исходя из этого, можно предположить, что получится приведенная ниже формула.
Са202
Однако она неправильная. Применяя правило пересечения, необходимо, насколько это возможно, сокращать все нижние индексы на общий множитель. В нашем случае каждый индекс следует сократить на 2, и тогда получится правильная формула оксида кальция.
СаО