De fleste grundstoffer, med undtagelse af ædelgasserne, findes i naturen sammensat som forbindelser. Ædelgasserne er så stabile, at de kun danner forbindelser, under ekstreme forhold. En forklaring på deres stabilitet er, at de har fyldt deres valenselektronenerginiveau.
Forbindelser dannes, når elektroner overføres eller deles, for at danne stabile elektronkonfigurationer for atomerne der indgår. I dannelsen af enten en ionbinding eller en kovalent binding, mistes, optages, eller deles valenselektroner, for at opnå en oktet af otte valenselektroner. Denne tendens for atomerne til at opnå en stabil elektronkonfiguration, kaldes oktetreglen, og giver nøglen til vores forståelse, af den måde som atomerne bindes sammen og danner forbindelser. Få grundstoffer, opnår heliums stabilitet med to valenselektroner. Vi bruger imidlertid ikke oktetreglen for overgangsmetallerne.
Ionbindinger opstår, når valenselektronerne fra et metal, overføres til atomerne for et ikke-metal. For eksempel, mister natriumatomer elektroner og chloratomer optager elektroner, for at danne ionforbindelsen NaCl. Kovalente bindinger dannes, når atomer af ikke-metaller, deler valenselektroner. I de molekylære forbindelser H2O og C3H8, deler atomerne elektronerne.
| Type af forbindelse | Ionisk | Molekylær |
| Partikler binding Eksempel |
Ioner Ionbindinger
|
Molekyler Kovalente bindinger 
|
Positive ioner: Tab af elektroner
I ionbindinger, dannes ioner som har elektriske ladninger, når atomer mister eller får elektroner, for at danne en stabil elektronkonfiguration. Fordi ioniseringsenergierne for metallerne i gruppe 1A (1), 2A (2), og 3A (13) er lave, mister metalatomerne villigt deres valenselektroner. Ved at gøre dette, danner de ioner med positive ladninger. For eksempel, når et natriumatom mister dets ene valenselektron, har de tilbageværende elektroner en stabil elektronkonfiguration. Ved at miste en elektron, har natrium 10 negativt ladede elektroner, i stedet for 11. Fordi der stadig er 11 positivt ladede protoner i kernen, er atomet ikke længere elektrisk neutralt. Det er nu en natriumion, med en positiv ladning, kaldet en ionisk ladning, på 1+.
I symbolet for natrium, skrives den ioniske ladning på 1+, i det øverste højre hjørne, Na+, hvor 1 er underforstået. Natriumionen er mindre end natriumatomer, fordi ionen har mistet dens yderste elektron, fra det tredje energiniveau. De positivt ladede ioner fra metaller, kaldes kationer og bruger navnet fra grundstoffet.
Magnesium, et metal i gruppe 2A (2), opnår en stabil elektronkonfiguration, ved at miste to valenselektroner, og danner en magnesiumion med en2+ ionisk ladning, Mg2+. Magnesiumionen er mindre end magnesiumatomet, fordi de yderste elektroner i det tredje energiniveau er blevet fjernet. Oktetten i magnesiumionen, består af elektronerne der fylder dets andet energiniveau.
Negative ioner: Optagelse af elektroner
Ioniseringsenergien for et ikke-metal atom i gruppe 5A (15), 6A (16), og 7A (17) er høj. Så i stedet for at miste elektroner for at danne ioner, optager et ikke-metal en eller flere elektroner, for at opnå en stabil elektronkonfiguration. For eksempel et chloratom med syv valenselektroner, optager en elektron for at danne en oktet. Fordi den nu har 18 elektroner og 17 protoner, er chloratomet ikke længere elektrisk neutralt. Det er blevet til en chloridion, med en ionisk ladning på 1-, hvilket skrives som Cl–, med 1 underforstået.
En negativt ladet ion, kaldet en anion, er navngivet efter den første stavelse i grundstoffets navn, efterfulgt af id. Chloridionen er større end chloratomet, fordi ionen har en ekstra elektron, hvilket fylder dets yderste energiniveau.
Tabel 6.1 viser navnene på nogle vigtige metal- og ikke-metalioner.
Konceptforståelse 6.1 |
Ionera. Skriv symbolet for og navnet på den ion, der har 8 protoner og 10 elektroner. Svara. med 7 protoner er nitrogen. En ion af nitrogen med 10 elektroner, har en ionisk ladning på 3-, (7+)+(10-)=3-. Ionen skrives som N3- og kaldes for en nitridion. b. Grundstoffet med 20 protoner er calcium. En ion af calcium med 18 elektroner, har en ionisk ladning på 2+, (20+)+(18-)=2+. Ionen skrives som Ca2+ og kaldes for en calciumion. |
Konceptforståelse 6.2 |
Ioner: Protoner og elektronerHvor mange protoner og elektroner er der i hver af følgende: a. S2- b. Al3+ Svara. Grundstoffet S, har atomnummer 16, hvilket betyder det har 16 protoner. Ved at bruge den ioniske ladning og ladningen af protonerne, kan vi finde ladningen af elektronerne: Ionisk ladning = Ladning af protoner + ladning af elektroner Ved at løse ligningen for ladningen af elektronerne: Ionisk ladning – ladning af protoner = Ladning af elektroner Da hver elektron har en ladning på 1-, må der være 18 elektroner. b. Grundstoffet Al, har atomnummer 13, hvilket betyder det har 13 protoner. Ved at bruge den ioniske ladning, kan vi finde ladningen af elektronerne: Ionisk ladning – ladning af protoner = Ladning af elektroner Da hver elektron har en ladning på 1-, må der være 10 elektroner. |
Ioniske ladninger fra gruppenumre
I ionforbindelser, enten mister eller får repræsentative grundstoffer elektroner, for at opnå otte valenselektroner, som deres nærmeste ædelgas (eller to for helium). Vi kan bruge gruppenumrene i det periodiske system, til at fastslå ionernes ladninger for de repræsentative grundstoffer. Grundstofferne i gruppe 1A (1), mister en elektron og danner ioner med en ladning på 1+. Atomerne i grundstofferne i gruppe 2A (2), mister to elektroner og danner ioner med en ladning på 2+. Atomerne i grundstofferne i gruppe A3 (13), mister tre elektroner og danner ioner med en ladning på 3+. I denne tekst, vil vi ikke bruge gruppenumrene for overgangsmetallerne, for at fastslå deres ioniske ladninger.
I ionforbindelser, optager atomerne i halv-metal grundstofferne i gruppe 7A (17), en elektron og danner ioner med en ladning på 1-. Atomerne i grundstofferne i gruppe 6A (16), optager to elektroner og danner ioner med en ladning på 2-. Atomerne i grundstofferne i gruppe 5A (15), optager typisk tre elektroner og danner ioner med en ladning på 3-.
Ikke-metallerne i gruppe 4A (14), danner typisk ikke ioner, selvom metallerne Sn og Pb mister elektroner og danner positive ioner. Tabel 6.2 viser den ioniske ladning for nogle almindelige ioner af repræsentative grundstoffer.
Opgaveeksempel 6.1 |
||||||||||||||||||||||||||||||
Skrive positive og negative ionerKig på grundstofferne aluminium og oxygen. a. Angiv hvert grundstof som et metal eller ikke-metal Løsning
|