Hlavní obsah
Obecná chemie
Kurz: Obecná chemie > Kapitola 2
Lekce 1: Výběr z 8. a 9. třídy- Homogenní směsi – roztoky
- Hmota, atomy a prvky
- Molekuly a sloučeniny
- Určování náboje jednoatomových iontů
- Názvosloví jednoatomových iontů a jejich solí
- Molekulové ionty
- Názvosloví iontových sloučenin
- Síly uvnitř molekul a mezi molekulami
- Molarita
- Uhlík a uhlovodíky
- Prvky, ze kterých se skládají živé organismy
- Vyčíslování chemických rovnic
Názvosloví jednoatomových iontů a jejich solí
Vysvětlíme si, jak pojmenovávat jednoatomové ionty a iontové sloučeniny, soli podle jejich vzorců, dopočítávat náboje iontů a celkově chápat sumární vzorce.
Když se řekne atom, tak se myslí částice s neutrálním nábojem, protože počet protonů v jádru, které mají kladný náboj 1+, se přímo rovná počtu elektronů se záporným nábojem 1-. To vede k tomu, že se kladný náboj protonů vyruší se záporným nábojem elektronů. Celkový náboj atomu je tedy nula. Většina atomů však může elektrony získat či ztratit. Pokud k tomu dojde, počet elektronů se již liší od počtu protonů v jádře. Poté se jedná o ion.
Kationty a anionty
Pokud neutrální atom přijde o jeden nebo více elektronů, celkový počet elektronů se sníží, zatímco počet protonů v jádře zůstává stejný. Dojde k tomu, že se z atomu stává kation, tedy ion s kladným nábojem.
Může dojít také k opačné situaci. Pokud neutrální atom nabyde jeden či více elektronů, počet elektronů se zvýší, zatímco počet protonů v jádře zůstává stejný. Dojde tak k tomu, že se z atomu stává anion, tedy ion se záporným nábojem. Můžeme si to dále ukázat na kationtu a aniontu vodíku, tedy atomu vodíku, který buď ztratí nebo získá elektron.
Poznámka: Vodík je relativně netypický tím, že jeho atomy snadno tvoří kationty i anionty. Většina prvků tíhne buď ke kationtům, nebo k aniontům. Dokážeš na základě toho, co víš o elektronové konfiguraci, říci, proč se vodík mění jak na kationty, tak na anionty? Svou odpověď můžeš napsat do komentáře pod článkem!
V prostředním sloupci máme obrázek jednoho neutrálního atomu vodíku. Obsahuje jeden proton a jeden elektron, jeho náboj je tedy nula. Pokud vodík přijde o elektron, utvoří kation start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript (v levém sloupci). Kation start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript má náboj 1+, protože má jeden proton v jádře a nemá žádný elektron, který by jeho kladný náboj vyrušil. Pokud neutrální atom vodíku naopak získá elektron, utvoří anion start text, H, end text, start superscript, minus, end superscript (v pravém sloupci). Anion start text, H, end text, start superscript, minus, end superscript má náboj 1-, protože má o jeden elektron víc, než má protonů.
Opakování: Pokud má nějaký ion 20 protonů a 18 elektronů, o jaký jde prvek a jaký je jeho celkový náboj?
Předvídání náboje u jednoatomových (jednojaderných) kationtů a aniontů
Pro určování nejstabilnějšího náboje iontu prvku používáme periodickou soustavu prvků. Je to velmi užitečná a cenná pomůcka, a proto se na ni teď podíváme podrobněji. Následující tabulka nám říká, jaký náboj je u prvků z osmi hlavních skupin periodické tabulky běžný. Pamatuj si, že skupiny prvků odpovídají sloupcům periodické tabulky, zatímco řádky jsou tzv. periody. Nezapomínej na to, že náboje, které tu jsou uvedené, odpovídají situaci, kdy se prvky nacházejí v iontových sloučeninách, kovalentní sloučeniny totiž neobsahují ionty. V případě kovalentně vázaných atomů pak počítáme s oxidačními čísly. Ta budou mít velmi často také tyto hodnoty.
Obecným pravidlem je, že prvky patřící do hlavní skupiny obvykle získávají či ztrácejí elektrony, aby získaly 8 valenčních elektronů - dle oktetového pravidla. Když si uvědomíme, kolik elektronů prvek pravděpodobně ztratí či získá, aby dosáhl počtu osmi elektronů, dokážeme předpovědět náboj iontu. Nejdříve ale potřebujeme vědět, kolik je v neutrálním atomu valenčních elektronů.
Tip: Počet valenčních elektronů v neutrálním atomu se rovná počtu start color #11accd, j, e, d, n, o, t, e, k, end color #11accd v čísle skupiny, podle současného číslování IUPAC - tedy 1. - 18. skupina. Často se počítá tak, že v periodě, ve které se nachází počítáme, kolikátý je zleva a přeskakujeme přitom d-prvky.
Prvky tvořící kationty
Prvky skupin 1, 2, 13 a 14 mají jako neutrální atomy jeden až čtyři valenční elektrony a typicky se těchto valenčních elektronů zbavují. Tak se z nich stávaní kationty. Uhlík je zde výjimka, protože dokáže čtyři elektrony také získat a utvořit tak anion start text, C, end text, start superscript, 4, minus, end superscript. Vzhledem k tomu, že výsledný anion má méně elektronů než protonů, celkový náboj iontu je kladný. Velikost náboje se rovná počtu ztracených elektronů, který se rovná počtu valenčních elektronů v neutrálním atomu.
Co když například chceme odhadnout, jaký náboj bude mít ion hliníku? Hliník patří do 13. skupiny (IIIA). Protože číslo jeho skupiny je 1, start color #11accd, 3, end color #11accd, má v řádu j, e, d, n, o, t, e, k číslo start color #11accd, 3, end color #11accd, proto náboj bude start color #11accd, 3, end color #11accdstart color #11accd, plus, end color #11accd, takže budeme mít start text, A, l, end text, start superscript, 3, plus, end superscript. Také můžeme uvažovat neutrální atom hliníku, který přijde o tři valenční elektrony a stane se tak start text, A, l, end text, start superscript, 3, plus, end superscript, který má plný oktet.
Prvky tvořící anionty
Prvky 15. až 17. skupiny tvoří obvykle záporně nabité ionty, protože tyto prvky elektrony snáz získávají než ztrácejí. Náboj iontu je u nich roven počtu elektronů, které získá, aby měl plný oktet osmi valenčních elektronů. Matematicky si můžeme spočítat velikost náboje tak, že odečteme počet valenčních elektronů v neutrálním atomu od osmi. Také můžeme použít periodickou tabulku prvků a spočítat, kolik sloupců směrem doprava potřebujeme přejít, abychom došli k vzácným plynům, 18. skupině, kdy každý další sloupec znamená jeden elektron, který potřebuje získat, aby bylo dosaženo celého oktetu.
Pokud se budeme řídit těmito zásadami při předvídání náboje síry, která patří do 16. skupiny, tak odhadneme, že velikost náboje je 8, minus, 6, equals, 2, protože síra má šest valenčních elektronů. Počet valenčních elektronů zjistíme také tak, že se podíváme na číslo skupiny, kam síra spadá, tedy 16., které v sobě má 6 na místě j, e, d, n, o, t, e, k. To znamená, že neutrální atom síry musí získat dva elektrony, aby dosáhl celého oktetu osmi elektronů. Předvídáme tedy, že nejčastějším nábojem iontu síry bude 2-.
Opakování: Jaká iontová sloučenina pravděpodobně vznikne z reakce mezi kovovým draslíkem a kapalným bromem?
Názvosloví kationtů
Teď, když už víme, že mnoho běžných prvků má předvídatelný náboj, tak se pojďme podívat na to, jak ionty pojmenováváme.
Začneme alkalickými kovy, tedy prvky 1. skupiny periodické tabulky. Z tabulky výše víme, že alkalické kovy utváří kationty s nábojem 1+. Mezi tyto kationty patří start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript, start text, L, i, end text, start superscript, plus, end superscript, start text, N, a, end text, start superscript, plus, end superscript, start text, K, end text, start superscript, plus, end superscript atd. Pro náboj 1+ máme v češtině vyhrazenu příponu -ný, kterou vyměníme za příponu českého názvu prvku: sodík -> sodný, cesium -> cesný. Kation vodíku, start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript, často v řeči prostě "start text, H, end text-plus" nebo "vodný kation". Ale protože se jedná o vodík, který ztratil svůj jediný elektron, je to vlastně samotný proton a tak se mu také nejčastěji říká. Sodnému kationtu, start text, N, a, end text, start superscript, plus, end superscript, zase můžeme říkat "start text, N, a, end text-plus", ale i "kation sodíku" i "ion sodíku". Všimni si, že nemusíme říkat "jedna plus iont sodíku", protože víme, že má náboj 1+. Jedničky se v chemii často nepíší.
U dalších kationtů v češtině používáme opět přípony. Například prvky 2. skupiny, utváří kationy o náboji 2+: start text, B, e, end text, start superscript, 2, plus, end superscript, start text, M, g, end text, start superscript, 2, plus, end superscript, start text, C, a, end text, start superscript, 2, plus, end superscript pojmenováváme pomocí přípony -natý, např. start text, M, g, end text, start superscript, 2, plus, end superscript je "hořečnatý kation", můžeme však klidně také říct "kation hořčíku", protože se ví, jaký náboj iont hořčíku mívá.
Poznámka: V této části si říkáme, jak označujeme kationy samotné. Pojmenovávání se bude lišit, když budou kationy součástí iontové sloučeniny. Pojmenovávání iontových sloučenin dále rozebereme níže!
Prvky, které tvoří několik typů kationtů
Zatím jsme se dívali na prvky, které vytvářejí kationty s určitým nábojem. Například alkalické kovy typicky utvářejí kationty s nábojem 1+ (také říkáme jednomocné kationty) a a kovy alkalických zemin zase vytvářejí kationty s nábojem 2+ (také říkáme dvoumocné kationty). Většina přechodných kovů však může utvářet více druhů kationtů s různými náboji. Proto je d-blok periodické tabulky označen "variabilní náboj". Například železo často existuje jako železnatý kation start text, F, e, end text, start superscript, 2, plus, end superscript i jako železitý kation start text, F, e, end text, start superscript, 3, plus, end superscript.
U většiny přechodných kovů je opravdu potřeba uvádět pomocí koncovky nebo přímo číslem, jaký náboj kation má. Pokud bychom start text, F, e, end text, start superscript, 2, plus, end superscript nazvali „kation železa“, nebylo by jasné, jaký má náboj. „Ion železa“ nám neposkytuje dostatečné množství informací, abychom věděli, o jaký ion jde. V češtině používáme hlavně koncovky, ty stejné jako pro oxidační čísla: +1 -ný, +2 natý, +3 -itý, +4 -ičitý, +5 -ičný, nebo po písmenu r -ečný, +6 -ový, +7 -istý, +8 -ičelý. U jednoatomových kationtů využijeme pouze první 4, ale pro pořádek uvádíme všechny.
V angličtině nemají obdobu koncovek podle náboje nebo oxidačního čísla, namísto toho se u iontových sloučenin velikost náboje u přechodných kovů uvádí pomocí římských číslic v závorce za názvem kovu, tedy například chromium (II) chloride – chlorid chromitý, který obsahuje start text, C, r, end text, start superscript, 2, plus, end superscript (napravo). Při pojmenovávání iontových sloučenin obsahujících kationty přechodných kovů se nemůžeme opřít o odvození jejich náboje ze skupiny, ve které se v periodické soustavě nachází a budeme se jim proto ještě věnovat podrobněji.
Názvosloví jednoatomových aniontů
Když pojmenováváme jednoatomové aniony, ppřidáváme za kořen latinského názvu prvku příponu -idový anion. A protože dokážeme z čísla skupiny, do které prvek patří, předvídat, jaký náboj budou jednoduché anionty mít, nemusíme už uvádět, jaký náboj anion má. V následující tabulce vidíme, že příponu -idový anion použijeme u aniontů nezávisle na velikosti náboje:
| Latinský název prvku | right arrow | Název iontu | Vzorec iontu |
|---|---|---|---|
| Hydrogenium | hydridový anion | start text, H, end text, start superscript, minus, end superscript | |
| Chlorum | chloridový anion | start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript | |
| Bromum | bromidový anion | start text, B, r, end text, start superscript, minus, end superscript | |
| Iodum | jodidový anion | start text, I, end text, start superscript, minus, end superscript | |
| Oxygenium | oxidový anion | start text, O, end text, start superscript, 2, minus, end superscript | |
| Sulphur | sulfidový anion | start text, S, end text, start superscript, 2, minus, end superscript | |
| Nitrogenium | nitridový anion | start text, N, end text, start superscript, 3, minus, end superscript | |
| Phosphorus | fosfidový anion | start text, P, end text, start superscript, 3, minus, end superscript | |
| Carboneum | karbidový anion | start text, C, end text, start superscript, 4, minus, end superscript |
Vzorce a pojmenovávání základních iontových sloučenin
Když už teď víme, jaké zvyklosti panují při pojmenovávání kationtů a aniontů, můžeme se pobavit o tom, jak je dále uplatnit při pojmenovávání jednoduchých iontových sloučenin složených z jednoatomových iontů. Zde jsou pravidla:
- Anion uvádíme jako podstatné jméno a jako koncovku použijeme jen -id. Kation uvádíme jako přídavné jméno za aniontem, např. sulfid hořečnatý. V chemickém vzorci bude kation naopak vždy na prvním místě. (Většinou jsou prvky ve vzorci ve stejném pořadí, v jakém jsou v tabulce zleva doprava.)
- Při pojmenovávání kationu v iontové sloučenině neuvádíme slovo iont ani náboj, používáme jen koncovku. Ke kořeni českého názvu přidáme příponu podle náboje (viz Příklad č. 2).
- Všechny iontové sloučeniny budou mít celkový náboj nula. Znamená to, že všechny kationy a aniony se musí kombinovat ve správném poměru tak, aby se jejich náboje vzájemně vyrušily. (Podobně jako oxidační čísla v případě kovalentních sloučenin.)
- Poměr mezi počtem kationtů a aniontů se ve vzorci zapisuje pomocí nejnižších možných celých čísel a jedničky nepíšeme. Například vzorec pro chlorid sodný je start text, N, a, C, l, end text, ne start text, N, a, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, C, l, end text, start subscript, 2, end subscript nebo jiný násobek start text, N, a, C, l, end text, přestože by celkový náboj stále byl nula.
Pojďme se podívat na další příklady:
Příklad č. 1: Odvození chemického vzorce z názvu
Jaký je chemický vzorec pro chlorid draselný?
Vzpomeňme si, že draslík patří do 1. skupiny - tyto prvky tvoří ionty s nábojem 1+. Kation píšeme vlevo. Chlorid je anion, který vznikl z atomu chloru. Chlor patří do 17. skupiny, víme tedy, že utvoří anion 1-. Anion zapíšeme vpravo. Jejich náboje jsou stejné a opačné, připadne jeden kation start text, space, K, end text, start superscript, plus, end superscript na každý anion start text, space, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript. Chemický vzorec bude start text, K, C, l, end text. Dolní indexy zde nepoužijeme, protože tu je v obou případech jen jeden atom/iont daného prvku.
Příklad č. 2: Odvození názvu z chemického vzorce
Jaký je název sloučeniny se vzorcem start text, M, g, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, P, end text, start subscript, 2, end subscript?
Fosfor, start text, P, end text, je prvek 15. skupiny a tedy utváří aniony 3-. Kořen latinského názvu napíšeme vlevo. Protože je to anion, přidáme k latinskému názvu příponu -id, a tak nám vznikne podstatné jméno fosfid. Hořčík, start text, M, g, end text, je prvek 2. skupiny a jako takový tvoří kationty s nábojem 2+. Kořen jeho českého názvu napíšeme vpravo a přidáme koncovku pro tento náboj: -natý. Sloučenina se tedy bude nazývat fosfid hořečnatý. Kromě toho můžeme náboje určit také křížovým pravidlem, pokud známe jeden z nábojů, dopočítáme druhý tak, aby součet všech nábojů byl nula: 3.x=2.(-3). V tomto případě x=2 a stačí jen přepsat dolní indexy křížem jako náboje. Je potřeba si hlídat jestli dolní indexy nejsou vykrácené - k tomu nám pomůže si pamatovat, ve které skupině se anion nekovu nachází.
Zkus si to: Názvy a vzorce iontových sloučenin
Pojmenovávání iontových sloučenin s přechodnými kovy
Pamatuj si, že pokud prvek může utvořit více než jeden druh kationtu, musíme určit, jaký náboj tento kation má. Velikost náboje (v češtině nejen u) přechodného kovu je určená koncovkou v přídavném jméně - je to také označováno jako systematický název. V následující tabulce jsou uvedeny některé z nejběžnějších iontů těchto kovů. Systematický název je zde uveden pro všechny ionty. Pozor také na příponu -ičitý, aby se vám nepletla s příponou -itý. Po odtržení přípony by měl zbýt jen kořen českého názvu prvku např. u olovičitý někdo chybně určí náboj 3+, ale „olovič“ není kořen slova olovo. Nakonec ještě jedna ukázka: Chlorid železnatý (start text, F, e, C, l, end text, start subscript, 2, end subscript) je název pro start text, F, e, end text, start superscript, 2, plus, end superscript, zatímco chlorid železitý (start text, F, e, C, l, end text, start subscript, 3, end subscript) obsahuje start text, F, e, end text, start superscript, 3, plus, end superscript.
| Prvek | Typické kationty | Oxidační číslo | Název | |
|---|---|---|---|---|
| Chrom | start text, C, r, end text, start superscript, 2, plus, end superscript | II | chromnatý | |
| start text, C, r, end text, start superscript, 3, plus, end superscript | III | chromitý | ||
| Kobalt | start text, C, o, end text, start superscript, 2, plus, end superscript | II | kobaltnatý | |
| start text, C, o, end text, start superscript, 3, plus, end superscript | III | kobaltitý | ||
| Měď | start text, C, u, end text, start superscript, plus, end superscript | I | měďný | |
| start text, C, u, end text, start superscript, 2, plus, end superscript | II | měďnatý | ||
| Železo | start text, F, e, end text, start superscript, 2, plus, end superscript | II | železnatý | |
| start text, F, e, end text, start superscript, 3, plus, end superscript | III | železitý | ||
| Olovo | start text, P, b, end text, start superscript, 2, plus, end superscript | II | olovnatý | |
| start text, P, b, end text, start superscript, 4, plus, end superscript | IV | olovičitý | ||
| Cín | start text, S, n, end text, start superscript, 2, plus, end superscript | II | cínatý | |
| start text, S, n, end text, start superscript, 4, plus, end superscript | IV | ciničitý |
Dále se podívejme, jak pojmenovávat iontové sloučeniny obsahující polyvalentní kovy.
Příklad č. 3: Pojmenovávání sloučenin obsahujících polyvalentní kationty
Jak se nazývá sloučenina start text, P, b, C, l, end text, start subscript, 4, end subscript?
Když pojmenováváme iontové sloučeniny obsahující přechodné kovy, musíme nejdříve určit náboj na kationu přechodného kovu. Odvodit to můžeme tak, že spočítáme náboj anionu, který už s jistotou známe.
start text, C, l, end text patří do 17. skupiny, tedy mezi halogeny, a tak utváří anion chlorid start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript. Z chemického vzorce start text, P, b, C, l, end text, start subscript, 4, end subscript víme, že ve sloučenině jsou čtyři chloridové anionty. Celkový záporný náboj těchto čtyř iontů spočítáme takto:
start text, C, e, l, k, o, v, y, with, \', on top, space, n, a, with, \', on top, b, o, j, space, a, n, i, o, n, u, with, \r, on top, end text, equals, 4, dot, left parenthesis, 1minusright parenthesis, equals, 4minus
Aby byla sloučenina elektricky neutrální, kation musí být start text, P, b, end text, start superscript, 4, plus, end superscript. Je to dáno tím, že náboj 4+ vyruší celkový náboj 4- způsobený čtyřmi chloridovými anionty.
Náboji 4+ odpovídá koncovka -ičitý, start text, P, b, C, l, end text, start subscript, 4, end subscript se tedy nazývá chlorid olovičitý.
Zkus si to: Iontové sloučeniny obsahující kationy přechodných kovů
Závěr
Kationty jsou kladně nabité ionty, které vznikají, když neutrální atom přijde o elektrony. Anionty jsou záporně nabité ionty, které vznikají, když neutrální atom nějaké elektrony získá. Náboj běžných jednoatomových iontů dokážeme předvídat podle skupiny periodické tabulky, do které patří. Mnoho přechodných kovů je však polyvalentních, což znamená, že z nich vznikají kationty o různých nábojích. Když tyto kationty či sloučeniny tyto kationty obsahující pojmenováváme, je třeba specifikovat, jaký mají náboj, a to pomocí koncovky.
Kombinací kationtů a aniontů vznikají iontové sloučeniny. Iontové sloučeniny mají v názvu nejdříve podstatné jméno podle aniontu, až poté přídavné jméno, vyjadřující kation. U chemického vzorce je tomu naopak, prvky, které jsou v tabulce více vlevo jsou obvykle více vlevo i ve vzorci. Iontové sloučeniny musí být celkově elektricky neutrální. Kationty a anionty se tedy musí zkombinovat tak, aby se celkový náboj kationtů vyrušil s celkovým nábojem aniontů.
Chceš se zapojit do diskuze?
Zatím žádné příspěvky.