Најважније из лекције
Катјони: Атоми метала отпуштају електроне и постају позитивни јони (\(\text{Na}^+, \text{Mg}^{2+}, \text{Al}^{3+}\)). Прелазни метали могу градити више катјона (\(\text{Fe}^{2+}, \text{Fe}^{3+}\)), при чему прво губе \(s\)-електроне највишег нивоа.
Анјони: Атоми неметала везују електроне до октета и постају негативни јони (халогени \(\text{X}^-\), халкогени \(\text{X}^{2-}\), елементи 15. групе \(\text{X}^{3-}\)). Водоник гради и хидридни јон (\(\text{H}^-\)).
Оксидациони бројеви: Алкални метали у једињењима имају увек +1, земноалкални +2, а алуминијум +3.
Анјони: Атоми неметала везују електроне до октета и постају негативни јони (халогени \(\text{X}^-\), халкогени \(\text{X}^{2-}\), елементи 15. групе \(\text{X}^{3-}\)). Водоник гради и хидридни јон (\(\text{H}^-\)).
Оксидациони бројеви: Алкални метали у једињењима имају увек +1, земноалкални +2, а алуминијум +3.
Атоми метала имају мале вредности енергије јонизације и теже да отпусте валентне електроне како би постигли стабилну електронску конфигурацију племенитог гаса, при чему граде позитивно наелектрисане јоне - катјоне.
Наелектрисање најстабилнијих катјона елемената главних група одговара броју њихове групе у ПСЕ:
- 1. група (алкални метали): отпуштају \(1 e^-\) и граде јоне наелектрисања \(1+\) (\(\text{Li}^+, \text{Na}^+, \text{K}^+, \text{Rb}^+, \text{Cs}^+\))
- 2. група (земноалкални метали): отпуштају \(2 e^-\) и граде јоне наелектрисања \(2+\) (\(\text{Be}^{2+}, \text{Mg}^{2+}, \text{Ca}^{2+}, \text{Sr}^{2+}, \text{Ba}^{2+}\))
- 13. група (метали): отпуштају \(3 e^-\) и граде јоне наелектрисања \(3+\) (\(\text{Al}^{3+}\))
\[ {}_{11}\text{Na } (1s^2 \, 2s^2 \, 2p^6 \, 3s^1) \xrightarrow{-e^-} {}_{11}\text{Na}^+ (1s^2 \, 2s^2 \, 2p^6) \]
\[ {}_{12}\text{Mg } (1s^2 \, 2s^2 \, 2p^6 \, 3s^2) \xrightarrow{-2e^-} {}_{12}\text{Mg}^{2+} (1s^2 \, 2s^2 \, 2p^6) \]
\[ {}_{13}\text{Al } (1s^2 \, 2s^2 \, 2p^6 \, 3s^2 \, 3p^1) \xrightarrow{-3e^-} {}_{13}\text{Al}^{3+} (1s^2 \, 2s^2 \, 2p^6) \]
Вредности поступних (сукцесивних) енергија јонизације нагло расту када се након отпуштања валентних електрона започне уклањање електрона из стабилног унутрашњег електронског омотача. Тај нагли скок одређује максимално стабилно позитивно наелектрисање јона.
Објасните зашто магнезијум гради јон \(\text{Mg}^{2+}\), а не гради стабилан јон \(\text{Mg}^{3+}\).
Атом магнезијума има конфигурацију \([\text{Ne}]\,3s^2\). Уклањањем два валентна електрона (\(E_{i,\text{I}} = 738\text{ kJ/mol}\), \(E_{i,\text{II}} = 1451\text{ kJ/mol}\)) настаје стабилан јон \(\text{Mg}^{2+}\) са конфигурацијом неона. Трећа енергија јонизације (\(E_{i,\text{III}} = 7733\text{ kJ/mol}\)) драстично је већа јер захтева уклањање електрона из стабилног, попуњеног нивоа (\(2p\)), што је енергетски изузетно неповољно.
Атоми прелазних метала (\(d\)-блок) и тежих метала \(p\)-блока могу градити један или више стабилних моноатомских катјона различитих наелектрисања.
При настајању катјона прелазних метала, електрони се најпре уклањају са највишег главног енергетског нивоа (\(s\)-поднивоа), а потом из делимично попуњеног \(d\)-поднивоа.
Јонизација гвожђа (\({}_{26}\text{Fe}\)):
\[ \text{Fe } ([\text{Ar}]\, 3d^6 \, 4s^2) \xrightarrow{-2e^-} \text{Fe}^{2+} ([\text{Ar}]\, 3d^6) \xrightarrow{-e^-} \text{Fe}^{3+} ([\text{Ar}]\, 3d^5) \]
Напомена: Јон \(\text{Fe}^{3+}\) је додатно стабилан јер поседује полупопуњен \(3d^5\) подниво.
Јонизација сребра (\({}_{47}\text{Ag}\)): \[ \text{Ag } ([\text{Kr}]\, 4d^{10} \, 5s^1) \xrightarrow{-e^-} \text{Ag}^+ ([\text{Kr}]\, 4d^{10}) \]
Јонизација сребра (\({}_{47}\text{Ag}\)): \[ \text{Ag } ([\text{Kr}]\, 4d^{10} \, 5s^1) \xrightarrow{-e^-} \text{Ag}^+ ([\text{Kr}]\, 4d^{10}) \]
Стабилност катјона у чврстим једињењима и воденим растворима додатно зависи од енергије кристалне решетке и енергије хидратације (ослобођене при везивању молекула воде око јона, нпр. хидратисани јони \([\text{Fe}(\text{H}_2\text{O})_6]^{2+}\), \([\text{Fe}(\text{H}_2\text{O})_6]^{3+}\), \([\text{Al}(\text{H}_2\text{O})_6]^{3+}\)).
Напишите електронску конфигурацију јона \({}_{25}\text{Mn}^{2+}\).
Електронска конфигурација неутралног атома мангана је:
\[ {}_{25}\text{Mn: } 1s^2 \, 2s^2 \, 2p^6 \, 3s^2 \, 3p^6 \, 3d^5 \, 4s^2 \]
При грађењу јона \(\text{Mn}^{2+}\) уклањају се два електрона из највишег (\(4s\)) поднивоа:
\[ {}_{25}\text{Mn}^{2+}: 1s^2 \, 2s^2 \, 2p^6 \, 3s^2 \, 3p^6 \, 3d^5 \]
Атоми неметала имају велике вредности енергије јонизације и висок афинитет према електрону. Због тога они примају електроне до попуне стабилног октета и граде негативно наелектрисане јоне - анјоне.
Наелектрисање моноатомског анјона једнако је: \(\text{наелектрисање} = (\text{број групе} - 18)\).
- 17. група (халогени): примају \(1 e^-\) \(\rightarrow \text{X}^-\)
- 16. група (халкогени): примају \(2 e^-\) \(\rightarrow \text{X}^{2-}\)
- 15. група: примају \(3 e^-\) \(\rightarrow \text{X}^{3-}\)
\[ {}_{17}\text{Cl } (1s^2 \, 2s^2 \, 2p^6 \, 3s^2 \, 3p^5) \xrightarrow{+e^-} {}_{17}\text{Cl}^- (1s^2 \, 2s^2 \, 2p^6 \, 3s^2 \, 3p^6) \]
\[ {}_{16}\text{S } (1s^2 \, 2s^2 \, 2p^6 \, 3s^2 \, 3p^4) \xrightarrow{+2e^-} {}_{16}\text{S}^{2-} (1s^2 \, 2s^2 \, 2p^6 \, 3s^2 \, 3p^6) \]
\[ {}_{7}\text{N } (1s^2 \, 2s^2 \, 2p^3) \xrightarrow{+3e^-} {}_{7}\text{N}^{3-} (1s^2 \, 2s^2 \, 2p^6) \]
Називи најважнијих једноставних и двоатомских анјона:
| Формула јона | Назив анјона | Формула јона | Назив анјона |
|---|---|---|---|
| \(\text{H}^-\) | хидридни јон | \(\text{F}^-\) | флуоридни јон |
| \(\text{N}^{3-}\) | нитридни јон | \(\text{Cl}^-\) | хлоридни јон |
| \(\text{O}^{2-}\) | оксидни јон | \(\text{Br}^-\) | бромидни јон |
| \(\text{O}_2^{2-}\) | пероксидни јон | \(\text{I}^-\) | јодидни јон |
| \(\text{S}^{2-}\) | сулфидни јон | \(\text{S}_2^{2-}\) | дисулфидни јон |
Водоник се може понашати и као извор катјона (\(\text{H}^+\)) при губитку електрона, али и као неметал који прима електрон и гради хидридни анјон (\(\text{H}^-\)).
Оксидациони број је формално наелектрисање које би атом елемента имао када би све хемијске везе у датом једињењу биле потпуно јонске. Зависи од положаја елемента у ПСЕ (електронске конфигурације) и његове електронегативности.
Стална оксидациона стања типичних метала у једињењима одговарају наелектрисању њихових најстабилнијих катјона:
- Алкални метали (1. група): увек имају оксидациони број +1 (нпр. \(\overset{+1}{\text{Na}}\text{Cl}\), \(\overset{+1}{\text{K}}_2\text{O}\))
- Земноалкални метали (2. група): увек имају оксидациони број +2 (нпр. \(\overset{+2}{\text{Ca}}\text{O}\), \(\overset{+2}{\text{Mg}}\text{Cl}_2\))
- Алуминијум (13. група): у једињењима увек има оксидациони број +3 (нпр. \(\overset{+3}{\text{Al}}_2\text{O}_3\), \(\overset{+3}{\text{Al}}\text{Cl}_3\))
У јонским једињењима, оксидациони број једноставног моноатомског јона једнак је стварном наелектрисању тог јона:
- У \(\text{NaCl}\), натријум је у облику \(\text{Na}^+\) (оксидациони број \(+1\)), а хлор у облику \(\text{Cl}^-\) (оксидациони број \(-1\)).
- У \(\text{CaO}\), калцијум је \(\text{Ca}^{2+}\) (оксидациони број \(+2\)), а кисеоник \(\text{O}^{2-}\) (оксидациони број \(-2\)).
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Напишите хемијске формуле следећих једињења на основу наелектрисања њихових јона:
а) калцијум-хидрид
б) литијум-нитрид
в) магнезијум-сулфид
г) натријум-пероксид
а) калцијум-хидрид
б) литијум-нитрид
в) магнезијум-сулфид
г) натријум-пероксид
Комбиновањем катјона и анјона тако да укупно наелектрисање буде једнако нули:
а) \(\text{Ca}^{2+}\) и \(\text{H}^-\) \(\rightarrow\) \(\text{CaH}_2\)
б) \(\text{Li}^+\) и \(\text{N}^{3-}\) \(\rightarrow\) \(\text{Li}_3\text{N}\)
в) \(\text{Mg}^{2+}\) и \(\text{S}^{2-}\) \(\rightarrow\) \(\text{MgS}\)
г) \(\text{Na}^+\) и \(\text{O}_2^{2-}\) \(\rightarrow\) \(\text{Na}_2\text{O}_2\)
а) \(\text{Ca}^{2+}\) и \(\text{H}^-\) \(\rightarrow\) \(\text{CaH}_2\)
б) \(\text{Li}^+\) и \(\text{N}^{3-}\) \(\rightarrow\) \(\text{Li}_3\text{N}\)
в) \(\text{Mg}^{2+}\) и \(\text{S}^{2-}\) \(\rightarrow\) \(\text{MgS}\)
г) \(\text{Na}^+\) и \(\text{O}_2^{2-}\) \(\rightarrow\) \(\text{Na}_2\text{O}_2\)
Задатак 2 (средњи): Одредите атомски број (\(Z\)) и симбол хемијског елемента \(X\) чији два пута позитивно наелектрисан катјон (\(X^{2+}\)) има следећу електронску конфигурацију спољашњег нивоа:
\[ 3s^2 \, 3p^6 \]
1. Конфигурација јона \(X^{2+}\) је: \(1s^2 \, 2s^2 \, 2p^6 \, 3s^2 \, 3p^6\) (укупно 18 електрона).
2. Пошто је јон настао отпуштањем два електрона из неутралног атома, неутрални атом има: \[ 18 + 2 = 20 \text{ електрона} \] 3. Број електрона у неутралном атому једнак је атомском броју (\(Z\)): \[ Z = 20 \] Елемент са атомским бројем 20 је калцијум (\(\text{Ca}\)).
2. Пошто је јон настао отпуштањем два електрона из неутралног атома, неутрални атом има: \[ 18 + 2 = 20 \text{ електрона} \] 3. Број електрона у неутралном атому једнак је атомском броју (\(Z\)): \[ Z = 20 \] Елемент са атомским бројем 20 је калцијум (\(\text{Ca}\)).
Задатак 3 (средњи): Напишите називе следећих једињења према саставним јонима:
а) \(\text{NaH}\)
б) \(\text{CuO}\)
в) \(\text{BaCl}_2\)
г) \(\text{Mg}_3\text{N}_2\)
а) \(\text{NaH}\)
б) \(\text{CuO}\)
в) \(\text{BaCl}_2\)
г) \(\text{Mg}_3\text{N}_2\)
а) \(\text{NaH}\) - натријум-хидрид (\(\text{Na}^+\) и \(\text{H}^-\))
б) \(\text{CuO}\) - бакар(II)-оксид (\(\text{Cu}^{2+}\) и \(\text{O}^{2-}\))
в) \(\text{BaCl}_2\) - баријум-хлорид (\(\text{Ba}^{2+}\) и \(\text{Cl}^-\))
г) \(\text{Mg}_3\text{N}_2\) - магнезијум-нитрид (\(\text{Mg}^{2+}\) и \(\text{N}^{3-}\))
б) \(\text{CuO}\) - бакар(II)-оксид (\(\text{Cu}^{2+}\) и \(\text{O}^{2-}\))
в) \(\text{BaCl}_2\) - баријум-хлорид (\(\text{Ba}^{2+}\) и \(\text{Cl}^-\))
г) \(\text{Mg}_3\text{N}_2\) - магнезијум-нитрид (\(\text{Mg}^{2+}\) и \(\text{N}^{3-}\))
Задатак 4 (тежак): Елемент \(A\) налази се у 2. групи и 4. периоди ПСЕ, а елемент \(B\) у 15. групи и 3. периоди ПСЕ.
а) Напишите електронске конфигурације стабилних јона ових елемената.
б) Напишите формулу једињења које граде ови елементи.
а) Напишите електронске конфигурације стабилних јона ових елемената.
б) Напишите формулу једињења које граде ови елементи.
а) Електронске конфигурације јона:
Јони су \(\text{Ca}^{2+}\) и \(\text{P}^{3-}\). Најмањи заједнички садржалац за наелектрисања је 6, па је формула: \[ \text{Ca}_3\text{P}_2 \quad (\text{калцијум-фосфид}) \]
- Елемент \(A\) (2. група, 4. периода) је калцијум (\({}_{20}\text{Ca}\)). Отпуштањем \(2 e^-\) гради јон \(\text{Ca}^{2+}\): \[ \text{Ca}^{2+}: 1s^2 \, 2s^2 \, 2p^6 \, 3s^2 \, 3p^6 \quad (\text{конфигурација аргона, } [\text{Ar}]) \]
- Елемент \(B\) (15. група, 3. периода) је фосфор (\({}_{15}\text{P}\)). Примањем \(3 e^-\) гради фосфидни јон \(\text{P}^{3-}\): \[ \text{P}^{3-}: 1s^2 \, 2s^2 \, 2p^6 \, 3s^2 \, 3p^6 \quad (\text{конфигурација аргона, } [\text{Ar}]) \]
Јони су \(\text{Ca}^{2+}\) и \(\text{P}^{3-}\). Најмањи заједнички садржалац за наелектрисања је 6, па је формула: \[ \text{Ca}_3\text{P}_2 \quad (\text{калцијум-фосфид}) \]
