Hlavní obsah

Molekulové ionty

Naučíme se pojmenovávat soli obsahující běžné anionty odvozené od kyslíkatých kyselin.

V tomto článku se podíváme na víceatomové ionty. Někdy se jim také říká vícejaderné. Hodně z nich je odvozeno od kyslíkatých kyselin, tak se v českých učebnicích s tímto učivem spíše setkáme u kyslíkatých solí, ale princip je stejný. Tyto ionty obsahují více než jeden atom (tím pádem také více jader atomů). To víceatomové ionty odlišuje jednoatomových iontů, které obsahují pouze jediný atom. Příklady jednoatomových iontů jsou start text, N, a, end text, start superscript, plus, end superscript, start text, F, e, end text, start superscript, 3, plus, end superscript, start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript a mnoho a mnoho dalších. V tomto článku předpokládáme, že jste se s jednoatomovými ionty, pojmenováváním látek, které se z nich skládají, i zapisováním jejich chemických vzorců již seznámili, takže třeba víte, že NaCl je chlorid sodný.

Pokud si chceš toto téma zopakovat, podívej se na článek o jednoatomových iontech a pojmenovávání iontových sloučenin.

Víceatomové ionty jsou všude kolem! Křída je z uhličitanu vápenatého, start text, C, a, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript, který obsahuje vápenaté kationty start text, C, a, end text, start superscript, 2, plus, end superscript, ty jsou jednoatomové, a uhličitanové anionty start text, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript, start superscript, 2, minus, end superscript, což jsou víceatomové ionty. Obrázek pochází od: Alice Flicker, CC BY-NC-ND 2.0

Stavba víceatomových iontů

Víceatomové ionty si můžeme přiblížit tak, že je porovnáme s jednoatomovými. Jednoatomový ion vznikl z atomu ziskem nebo ztrátou elektronu - došlo k ionizaci. Náboj iontu je dán tím, že celkový počet elektronů a celkový počet protonů není stejný. Oproti neutrálnímu atomu zde máme v případě záporně nabitého aniontu elektrony navíc a v případě kladně nabitého kationtu máme elektronů méně. Například takový neutrální atom chlóru, který má atomové (neboli protonové) číslo 17, má 17 protonů a 17 elektronů. Když neutrální atom získá další elektron, stává se anionem. V případě chloru chloridovým aniontem start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript:

space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, start color #11accd, start text, C, l, end text, end color #11accd, space, space, space, plus, space, space, space, e, start superscript, minus, end superscript, space, space, space, right arrow, space, space, space, start color #aa87ff, start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript, end color #aa87ff

space, space, space, space, start color #11accd, 17, start text, e, l, e, k, t, r, o, n, u, with, \r, on top, end text, end color #11accd, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, start color #aa87ff, 18, start text, e, l, e, k, t, r, o, n, u, with, \r, on top, end text, end color #aa87ff
space, space, space, space, space, 17, start text, p, r, o, t, o, n, u, with, \r, on top, end text, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, 17, start text, p, r, o, t, o, n, u, with, \r, on top, end text

Po získání jednoho elektronu má chloridový anion 17 protonů a 18 elektronů. Vzhledem k tomu, že má o jeden elektron víc oproti počtu protonů, celkový náboj iontu je 1-.

Stejně tak můžeme víceatomový ion brát jako obdobu molekuly, u které došlo k ionizaci, např. ztrátou nebo získáním elektronu. U víceatomového iontu nese náboj skupina atomů navzájem propojených kovalentními vazbami. Náboj je dán tím, že se jejich celkový počet elektronů nerovná celkovému počtu protonů v této částici. Když zakreslujeme strukturní elektronové vzorce, celkový náboj víceatomového iontu se rovná součtu formálních nábojů každého atomu, který je jeho součástí.

[Co je to formální náboj?]

Elektronový strukturní (nebo také Lewisův) vzorec hydroxidového aniontu. Dvojice teček okolo start text, O, end text znázorňují tři volné elektronové páry a čára mezi start text, H, end text a start text, O, end text znázorňuje kovalentní vazbu obsahující dva sdílené elektrony. Celkový náboj tohoto víceatomového iontu je 1-, což nám napovídá značka vpravo nahoře za hranatou závorkou. Obrázek pochází z: Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

Jako příklad si vezměme víceatomový iont start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, tedy hydroxidový anion. Nalevo je jeho strukturní elektronový vzorec. Obsahuje jeden atom kyslíku a jeden atom vodíku. Čára mezi nimi je kovalentní vazba, která je tvořena dvěma sdílenými elektrony start text, H, end text a start text, O, end text. Tečky kolem start text, O, end text reprezentují volné elektronové páry. U hydroxidového aniontu má kyslík tři volné elektronové páry, tedy celkem šest volných elektronů.

Celý vzorec víceatomového iontu píšeme do hranatých závorek a za ně vpravo nahoru napíšeme celkový náboj iontu. Vidíme, že hydroxidový anion má náboj 1-, takže tento iont má o jeden elektron více, než jaký je počet protonů v obou jádrech - atomu vodíku plus atomu kyslíku.

Opakování: Kolik protonů a elektronů je v hydroxidovém aniontu?

[Zobrazit odpověď.]

Nejběžnější víceatomové ionty

Víceatomové ionty jsou všude kolem! Mnoho jich jsou anionty kyslíkatých kyselin. Např. hydrogenuhličitanové anionty, start text, H, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript, start superscript, minus, end superscript, pomáhají zachovat správné pH v naší krvi, zatímco fosforečnanové anionty, neboli fosfáty, start text, P, O, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, 3, minus, end superscript, jsou klíčové pro mnoho metabolických dějů. Pamatovat si náboje a vzorce nejčastějších víceatomových iontů nám v budoucnu pomůže, až budeme studovat iontové sloučeniny a předvídat jejich reaktivitu. Následující tabulka obsahuje několik nejčastějších víceatomových iontů:

\begin{array}{c c | c c} \textbf{Vzorec} & \textbf{Název} & \textbf{Vzorec} & \textbf{Název}\\ \hline \text{Hg}_2^{2+} & \text{Rtuťný} & \text{SCN}^- & \text{Thiokyanatanový} \\ \text{NH}_4^+ & \text{Amonný} & \text{CO}_3^{2-} & \text{Uhličitanový} \\ \text{NO}_2^- & \text{Dusitanový} & \text{HCO}_3^- & \text{Hydrogenuhličitanový} \\ \text{NO}_3^- & \text{Dusičnanový} & \text{ClO}^- & \text{Chlornanový} \\ \text{SO}_3^{2-} & \text{Siřičitanový} & \text{ClO}_2^- & \text{Chloritanový} \\ \text{SO}_4^{2-} & \text{Síranový (*sulfátový)} & \text{ClO}_3^- & \text{Chlorečnanový} \\ \text{HSO}_4^- & \text{Hydrogensíranový } & \text{ClO}_4^- & \text{Chloristanový} \\ \text{OH}^- & \text{Hydroxidový} & \text{C}_2\text{H}_3\text{O}_2^-(\text{či CH}_3\text{COO}^{-})& \text{Acetátový} \\ \text{CN}^- & \text{Kyanidový} & \text{MnO}_4^- & \text{Manganistanový} \\ \text{PO}_4^{3-} & \text{Fosforečnanový (*fosfátový)} & \text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} & \text{Dichromanový} \\ \text{HPO}_4^{2-} & \text{Hydrogenfosforečnanový} & \text{CrO}_4^{2-} & \text{Chromanový} \\ \text{H}_2\text{PO}_4^- & \text{Dihydrogenfosforečnanový} & \text{O}_2^{2-} & \text{Peroxidový} \\ & & \text{C}_2\text{O}_4^{2-} & \text{Oxalátový} \end{array}

* V biochemii se často používá cizí název uvedený v závorce.

K víceatomovým iontům v této tabulce se budeme v celém článku dále odkazovat!

[Jak si mám TOLIK iontů zapamatovat?]

Názvy a chemické vzorce sloučenin obsahujících víceatomové ionty

Když už teď spoustu víceatomových iontů známe, pojďme se podívat na to, jak pojmenovávat a zapisovat sloučeniny, ve kterých se vyskytují. Musíme přitom mít na paměti především dvě věci:

Pokud sloučenina obsahuje více než jeden víceatomový ion stejného typu, musíme vzorec iontu vložit do závorek, předtím než v dolním indexu zapíšeme, kolik iontů tohoto typu ve sloučenině je.
Celkový náboj iontové sloučeniny musí být neutrální, což znamená, že součet nábojů z kationtů a aniontů musí dohromady dát nulu. Díky tomuto pravidlu můžeme zjistit vzorec iontové sloučeniny, když známe náboj aniontu a kationtu. Toto pravidlo nám také může pomoci, když chceme vydedukovat náboj iontu a vzorec sloučeniny už známe.

Pojďme si to ukázat na několika příkladech.

Příklad č. 1: Odvození chemického vzorce z názvu

Jaký je chemický vzorec pro hydroxid vápenatý?

Vápník je kov alkalických zemin— patří do 2. skupiny periodické tabulky prvků—má tedy tendenci utvářet kationty s nábojem 2+. Díky tabulce víme, že hydroxid má vzorec start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript a náboj 1-. Potřebujeme dva ionty hydroxidu, abychom přesně vyrušili náboj 2+ na start text, C, a, end text, start superscript, 2, plus, end superscript. Když budeme vzorec zapisovat, start text, O, H, end text dáme do závorek a za ni do dolního indexu zapíšeme 2, aby bylo jasné, že jde o dva ionty hydroxidy na každý start text, C, a, end text, start superscript, 2, plus, end superscript kation. Chemický vzorec sloučeniny tedy je start text, C, a, left parenthesis, O, H, right parenthesis, end text, start subscript, 2, end subscript.

Opakování: Jak víme, že start text, C, a, O, H, end text, start subscript, 2, end subscript není správný vzorec pro hydroxid vápenatý?

[Zobrazit odpověď.]

Příklad č. 2: Pojmenování iontových sloučenin obsahujících víceatomové ionty

Jak se nazývá sloučenina s chemickým vzorcem start text, N, i, end text, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, start text, P, O, end text, start subscript, 4, end subscript, right parenthesis, start subscript, 2, end subscript?

Při pojmenovávání iontových sloučenin nám práci usnadní, když si vzorec nejdříve rozdělíme na kationty a anionty. U této sloučeniny je kation založený na niklu. Nikl je přechodný kov, který dokáže utvářet různé typy kationtů o různých nábojích. To znamená, že musíme zjistit, jaký náboj má ion niklu v této konkrétní sloučenině, abychom ji dokázali správně pojmenovat! Naštěstí známe náboj aniontu - fosforečnan je víceatomový ion, který má vždy náboj 3-. Vzhledem k tomu, že celkový náboj iontové sloučeniny je nula, můžeme využít chemický vzorec a náboj fosforečnanu, a zjistit tak, jaký náboj má ion niklu.

start text, C, e, l, k, o, v, y, with, \', on top, space, n, a, with, \', on top, b, o, j, end text, equals, 0, equals, left parenthesis, start text, p, o, c, with, \v, on top, e, t, space, k, a, t, i, o, n, t, u, with, \r, on top, end text, dot, start color #1fab54, start text, n, a, with, \', on top, b, o, j, space, k, a, t, i, o, n, t, u, end text, end color #1fab54, right parenthesis, plus, left parenthesis, start text, p, o, c, with, \v, on top, e, t, space, a, n, i, o, n, t, u, with, \r, on top, end text, dot, start text, n, a, with, \', on top, b, o, j, space, a, n, i, o, n, t, u, end text, right parenthesis

Když tuto rovnici upravíme, vidíme, že součet nábojů kationtů se musí rovnat minus, 1 krát počet nábojů anionů.

start text, p, o, c, with, \v, on top, e, t, space, k, a, t, i, o, n, u, with, \r, on top, end text, dot, start color #1fab54, start text, n, a, with, \', on top, b, o, j, space, k, a, t, i, o, n, t, u, with, \r, on top, end text, end color #1fab54, equals, minus, 1, dot, left parenthesis, start text, p, o, c, with, \v, on top, e, t, space, a, n, i, o, n, u, with, \r, on top, end text, dot, start text, n, a, with, \', on top, b, o, j, space, a, n, i, o, n, t, u, with, \r, on top, end text, right parenthesis

Dále vložíme známé hodnoty - počet kationtů a aniontů - z chemického vzorce a náboj anionu, a zjistíme náboj niklu:

$\begin{aligned}\text{3}\cdot\greenD{\text{náboj kationtů}}&=-1\cdot (\text{2}\cdot{3-})=6+ \\ \\ \greenD{\text{náboj kationtů}}&=\dfrac{6+}{3}=2+\end{aligned}$

Nyní už víme, že kation v naší sloučenině je chlorid nikelnatý. Abychom dokázali pojmenovat celou sloučeninu, začneme názvem kationtu, jenž má náboj v závorce římskými číslicemi a za nímž je název anionu.

Název sloučeniny tedy bude fosforečnan nikelnatý.

Příklad č. 3: Rozebrání iontové sloučeniny na ionty

Jaké ionty nalezneme ve sloučenině start text, C, a, left parenthesis, M, n, O, end text, start subscript, 4, end subscript, right parenthesis, start subscript, 2, end subscript?

U každé sloučeniny urči, jaký má vzorec, náboj a z jakých iontů se skládá.

Když si rozebíráme vzorec iontové sloučeniny, nejdříve se díváme na vzorce iontů, které známe. V tomto případě si všimneme start text, M, n, O, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, minus, end superscript, tedy manganistanu, jednoho z víceatomových iontů zmíněných v tabulce nahoře. V této sloučenině máme dva ionty manganistanu.

[Jak víme, že ve sloučenině jsou dva ionty manganistanu?]

Manganistan má náboj 1-, výpočet bude 2, dot, left parenthesis, 1minus, right parenthesis, equals, 2minus. Vzpomeň si, že všechny iontové sloučeniny musí mít celkový náboj nula. Vápník tedy musí být v kationtu přítomen start text, C, a, end text, start superscript, 2, plus, end superscript, aby vyvážil náboj 2- od dvou start text, M, n, O, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, minus, end superscript iontů.

Zkontrolovat si to můžeme takto: "Tvoří vápník běžně kationty s nábojem 2+?" Vápník start text, C, a, end text je ve 2. skupině, typicky ztrácí dva elektrony, a tak utváří kationty o náboji 2+. Vypadá to tedy, že naše odpověď odpovídá. Super!

Iontová sloučenina start text, C, a, left parenthesis, M, n, O, end text, start subscript, 4, end subscript, right parenthesis, start subscript, 2, end subscript tak obsahuje jeden start text, C, a, end text, start superscript, 2, plus, end superscript kation a dva start text, M, n, O, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, minus, end superscript aniony.

Často je užitečné si iontovou sloučeninu rozložit na jednotlivé ionty. Například v situaci, kdy je iontová sloučenina rozpuštěná ve vodě a dochází k reakci. Mnoho iontových sloučenin je rozpustných ve vodě a ionty se od sebe oddělí. Ionty se odloučí a účastní se vlastních chemických reakcí nezávisle na dalších iontech v původní iontové sloučenině.

Závěr

Stejně jako vznikají ionty, když neutrální atomy získají elektrony či o ně přijdou, víceatomové ionty vznikají, když neutrální molekula získá či ztratí elektrony. Víceatomový iont je tedy skupina atomů v kovalentní vazbě, která má určitý náboj, protože celkový počet elektronů v molekule se nerovná celkovému počtu protonů v molekule. V Lewisově vzorci víceatomového iontu se musí součet formálních nábojů všech atomů rovnat celkovému náboji iontu.

Znát alespoň ty nejběžnější víceatomové ionty je užitečné, protože díky tomu dokážeme rozpoznat iontové sloučeniny a předvídat jejich reaktivitu. Přestože se může snaha zapamatovat si víceatomové ionty zdát náročná, vzorce, názvosloví i náboje iontů se řídí určitými pravidly, která se můžeme naučit, a pak si nemusíme všechny ionty pamatovat nazpaměť.

Bonus: Když už znáš víceatomové ionty, můžeš si zahrát hru "Najdi víceatomový iont", ve které hledáš příklady sloučenin obsahujících víceatomové ionty v každodenním životě. V tomto článku už jsme jako příklad uvedli jedlou sodu a křídu. Dokážeš přijít na další? Nápověda: podívej se na složení u krému, šamponu nebo zubní pasty. Další příklady můžeš nasdílet v komentářích!

[Citace a odkazy]