EFNAFRÆÐI
JÓNIR OG JÓNAEFNI
Jónaefni eru flokkur efnasambanda sem jafnan eru kölluð sölt eða jónísk efnasambönd. Sterkir rafkraftar milla atómanna (plús og mínus) mynda tengi og útaf þeim loða atómin saman. Til þess að jónaefni myndist þarf jónun að eiga sér stað sem þýðir að atómin taka annað hvort til sín eða missa rafeindir og mynda þannig jónir. Jákvætt hlaðnar jónir kallast katjónir en mínus hlaðnar jónir anjónir. Skilgreiningarnar á anjónum og katjónum eru:
Anjónir: Atóm sem tekið hefur upp eina eða fleiri rafeindir, og fær neikvæða hleðslu, kallast anjónir.
Katjónir: Atóm sem hefur misst eina eða fleira rafeindir, og fær jákvæða hleðslu, kallast katjónir.
Jónatengi myndast á milli atóma sem hafa jónast. Jónunin á sér almennt stað þegar tvö atóm með nægan mun á rafdrægni sinni rekast á. Við þennan árekstur rífur atómið með hærri rafdrægni af því atómi sem hefur lægri rafdrægni. Þegar rafeindirnar hafa flust á milli atómanna og myndað jónirnar þá myndast rafkraftur á milli jákvæðu og neikvæðu jónanna. Þessi rafkraftur myndar síðan efnatengið á milli þeirra sem við köllum jónatengi.
Séreinkenni jónatengja er að þau geta einungis verið til staðar á vökvaformi eða föstu formi, ekki gasformi. Ástæðan fyrir þessu er að til þess að jónatengi séu stöðug þurfa atómin að mynda einskonar kristalgrind þar sem jákvæð og neikvæð atóm eru á víxl. Ef jónaefni hitna, t.d. þegar þau eru brædd, getur kristalgrindin haldist að einhverju leyti en á endanum hrekkur hún í sundur ef jónaefnið hitnar nægilega mikið. Það er mikilvægt að vita að sölt og jónaefni eru ekki sameindir þar sem atóm þeirra tengjast ekki með samgildum tengjum.
NÖFN JÓNÍSKRA EFNASAMBANDA
Yfir 50 milljón efnasambönd eru þekkt innan efnafræðinnar. Hvert þeirra ber nafn sem er byggt á kerfisbundnu nafnakerfi sem er sett saman af IUPAC, alþjóða samtökum efnafræðinga. Þetta kerfi skiptist í tvo flokka, lífræn efni og ólífræn efni. Nöfn jónískra efnasambanda tilheyra síðarnefnda flokknum og hér verður aðeins farið nánar yfir það.
NAFNAREGLUR KATJÓNA
Katjónir fá sama nafn og málmurinn sjálfur í lotukerfinu, en jón bætist aftan við nafnið og orðabili er á milli. Dæmi: K+ fær nafnið kalíum jón.
Ef sami málmur getur myndað katjónir sem hafa ólíka hleðslu er hleðsla katjónarinnar rituð með rómverskum tölum innan sviga á eftir heiti málmsins og jón bætt aftan við. Dæmi: Fe2+ fær nafnið járn(II) jón.
Fjölatóma katjónir sem myndaðar eru af málmleysingjum fá viðskeytið -íum á nafn sameindarinnar sem hana mynda. Dæmi: NH4+ fær nafnið ammoníum jón.
NAFNAREGLUR ANJÓNA
Nafn einatóma anjóna fá viðskeytið -íð á eftir nafni efnisins sem þær eru myndaðar úr og jón á eftir. Einnig fá sumar fjölatóma anjónir viðskeytið -íð. Dæmi: Cl- fær nafnið klóríð jón
Súrefnis-, nitur-, brennisteins- og vetnis jónir eiga sér sérstök nöfn.
Fjölatóma anjónir sem innihalda súrefni (O) hafa ýmist viðskeytið -at eða -ít og eru svokallaðar oxyanjónir. Dæmi: NO3- fær nafnið nítrat jón.
NÖFN JÓNÍSKRA EFNASAMBANDA
Nöfn jónískra efnasambanda eru rituð þannig að nafn katjónarinnar er ávallt ritað fyrst og síðan nafn anjónarinnar og bil haft á milli þeirra. Einnig fellur nafnaukinn jón út á báðum jónunum þar sem jónísk efnasambönd bera engar hleðslur og eru alltaf hlutlaus út á við, þ.e. þegar þau eru á föstu formi. Ef við tökum borðsalt (NaCl) sem dæmi þá er Na+ natríum jónin og þess vegna skrifum við natríum fyrst. Cl- er seinni jónin í efnasambandinu og því kemur klórið aftast. Þegar þetta er sett saman fáum við natríum klóríð sem er nafnið á þessu jóníska efnasambandi.
Myndun natríumklóríðs:
REYNSLUFORMÚLUR
Borðsalt er gott dæmi um jónaefni, en það er samsett úr tveimur frumefnum. Annars vegar natríum (Na) sem hefur misst eina rafeind og myndar því Na+ katjón og hins vegar klór sem hefur tekið til sín eina rafeind og myndar því anjónina Cl-. Þessar hleðslur laðast hvor að annarri og mynda tengi sem er kallað jónatengi.
Þegar sölt eða jónaefni mynda fast efni þarf efnasambandið að vera hlutlaust sem þýðir að það ber enga hleðslu út á við. Þannig upphefja jónirnar hleðslur hvorrar annarrar með því að hafa jafnan fjölda plúsa og mínusa. Þessi staðreynd gefur okkur einfalda leið til að átta okkur á hlutföllum atóma í jónaefnum. Ef við skoðum t.d. magnesíumklóríð þá sjáum við að magnesíumjón hefur hleðsluna 2+ en klórjónir hafa hleðsluna -. Þetta segir okkur að magnesíumklóríð þarf að vera gert úr einum hluta Mg og tveim hlutum Cl til að haldast stöðugt. Svona hlutföll eru kölluð reynsluformúla jónaefnis. Reynsluformúla magnesíumklóríðs er MgCl2.
FORMÚLUEININGAR JÓNÍSKRA EFNASAMBANDA
Hægt er að spá fyrir um formúlueiningar jónískra efnasambanda út frá hleðslugildum jónanna sem efnasambandið er samsett af. Hleðslur katjónanna og anjónanna þurfa að jafnast út við myndun saltsins. Fyrir þetta er hægt að rita almenna efnajöfnu sem er svona:
y Ax+ + x By- -> AyBx
FJÖLATÓMA JÓNIR
Auk einatóma jóna get einnig myndast jónir úr sameindarefnum sem þá hafa tekið til sín eða misst rafeindir. Jónir sem myndast úr sameindarefnum eru rétt eins og venjuleg sameind tengdar saman með samgildum tengjum. Þessar jónir eru kallaðar fjölatóma jónir og bera hleðslur. Þær geta eins og einatóma jónir verið annað hvort katjónir (plús hlaðnar) eða anjónir (mínus hlaðnar) þótt anjónir séu algengari. Fjölatóma jónir eru alltaf samsettar úr tveimur eða fleirum atómum málmleysingja og því er auðvelt að þekkja þær af því. Dæmi um fjölatóma jónir eru ammoníum jón NH4+ og súlfat jón SO42-.
DÆMI
Dæmi 1
Hver er formúlueining Natríumsúlfíðs sem myndast þegar tvær natríum katjónir (Na+) og ein brennisteins anjón (S2-) loða saman með jónatengi.
Lausn:
Brennisteinn (S2-) hefur stuðulinn tvo fyrir fram hleðslu sína og þarf því tvær plúshleðslur til þess að hlutleysa hana. Natríum (Na+) hefur stuðulinn 1 fyrir framan hleðslu sína þó að hann sé ekki ritaður. Því ritum við myndun saltsins samkvæmt almennu jöfnunni
y Ax+ + x By- -> AyBx
þar sem x = 1 og y = 2. Því þurfum við tvö x til þess að hlutleysa eitt y sem gefur okkur stuðlana í efnajöfnunni. Því fæst efnajafna fyrir myndun saltsins
S2- + 2 Na+ -> Na2S
Því er formúlu eining saltsins S2- + 2 Na+ -> Na2S
Dæmi 2
Hver eru nöfn eftirfarandi jónaefna?
a. BaF2 b. Al2O3
Lausn:
Við byrjum alltaf á því að rita katjónina þegar við ritum efnaformúlu salta. Engin þörf er á því að rita fjölda hvers atóms í efnaformúluna þar sem hleðslustig þeirra gefur alltaf fjöldann þar sem jónísk efnasambönd eru alltaf óhlaðin.
a. Ba er baríum og hefur hleðsluna 2+ og F hefur hleðsluna 1- og er því flúoríð. Því fæst Baríumflúoríð.
b. Al er ál og hefur hleðsluna 3+ og O hefur hleðsluna 2- og er því oxíð. Því fæst Áloxíð.