المركبات الأيونية: الصيغ والتسميات

يمكن لعنصر مكون من ذرات قابلة لفقدان إلكترونات (معدن) أن يتفاعل مع عنصر مكون من ذرات تكتسب بسهولة إلكترونات (لا معدنية) لإنتاج أيونات من خلال النقل الكامل للإلكترون. يتم تثبيت المركب الناتج عن هذا النقل بواسطة عوامل الجذب الكهروستاتيكية (الروابط الأيونية) بين الأيونات المشحونة عكسيا.

بالانتقال من أقصى اليمين إلى اليسار في الجدول الدوري ، غالبًا ما تكتسب العناصر اللامعدنية إلكترونات لتكوين الأنيونات مع نفس عدد الإلكترونات مثل ذرة الغاز النبيل التالي في الجدول الدوري، وشحنة سالبة تساوي عدد المجموعات التي انتقلت إلى اليسار من الغازات النبيلة. أي أن ذرات المجموعة 17 تكتسب إلكترونًا واحدًا وتشكل الأنيونات بـ 1&سالب؛ الشحنة؛ تكتسب ذرات المجموعة 16 إلكترونين وتشكل أيونات ذات 2&سالب؛ الشحنة، وهلم جراً. على سبيل المثال، ذرة الأكسجين المحايدة، مع 8 بروتونات و 8 إلكترونات، تكتسب بسهولة إلكترونين. ينتج عن هذا أنيون به 8 بروتونات و 10 إلكترونات و 2&سالب؛الشحنة، ويرمز له بـ O ^{2 &سالب؛} . الأنيون، O ^{2 & سالب؛} ، له نفس عدد الإلكترونات مثل الغاز النبيل التالي &ndash؛ نيون. اسم الأنيونات هو اسم العنصر اللا المعدني مع استبدال نهايته بجانب اللاحقة ، لذلك يُطلق على O ^{2 &سالب؛} اسم أكسيد.

غالبًا ما تُظهر المعادن الانتقالية وبعض المعادن الأخرى شحنات متغايرة لا يمكن التنبؤ بها من خلال موقعها في الجدول. على سبيل المثال، يمكن أن يشكل النحاس أيونات بشحنة 1+ أو 2+ ، ويمكن للحديد تكوين أيونات بشحن 2+ أو 3+.

في كل مركب أيوني ، إجمالي عدد الشحنات الموجبة للكاتيونات يساوي إجمالي عدد الشحنات السالبة للأنيونات. وبالتالي ، فإن المركبات الأيونية متعادلة كهربائيًا، على الرغم من احتوائها على أيونات موجبة وسالبة. يجب أن تحتوي صيغة المركب الأيوني على نسبة أيونات بحيث يتساوى فيها عدد الشحنات الموجبة والسالبة.

على سبيل المثال، إذا كان المركب يحتوي على الألومنيوم والأكسجين على شكل & nbsp؛ Al ³⁺ و O ^{2 & سالب؛} ، فإن صيغة المركب ستكون Al ₂ O ₃ . اثنان من أيونات الألومنيوم ، كل منهما بشحنة 3+ ، ستعطينا ست شحنات موجبة ، وثلاثة أيونات أكسيد ، كل منها بشحنة 2 & ناقص ؛ ستعطينا ست شحنات سالبة. وبالتالي ، سيكون المركب متعادل كهربائيًا ، بنفس عدد الشحنات الموجبة والسالبة.

تحتوي العديد من المركبات الأيونية على أيونات متعددة الذرات مثل الكاتيون أو الأنيون أو كليهما. الأيونات متعددة الذرات هي مجموعة من الذرات المترابطة التي تعمل كوحدات منفصلة، وتحمل شحنة إجمالية. كما هو الحال مع المركبات الأيونية البسيطة، يجب أن تكون هذه المركبات أيضًا محايدة كهربائيًا، لذلك يمكن التنبؤ بصيغها من خلال معالجة الأيونات متعددة الذرات كوحدات منفصلة. تستخدم الأقواس في الصيغة للإشارة إلى الأيونات متعددة الذرات التي تعمل كوحدة واحدة. على سبيل المثال، صيغة فوسفات الكالسيوم، أحد المعادن في عظامنا، هي Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ . يحتوي المركب على أيون متعدد الذرات PO ₄ ^{3 & سالب؛} ،&nbsp؛ يتكون من ذرة فوسفور وأربع ذرات أكسجين، وبشحنة إجمالية قدرها 3&سالب؛. تشير هذه الصيغة إلى وجود ثلاث أيونات Ca ²⁺ (إجمالي ست شحنات موجبة) لكل مجموعتين من مجموعات PO ₄ ^{3 &سالب؛} (إجمالي ستة مجموعات سلبية شحنة). المركب متعادل كهربائيًا، وتوضح صيغته العدد الإجمالي لثلاث ذرات Ca ، واثنين P ، وثماني ذراتO.

يتم ترميز المركبات الأيونية بالصيغة التي تشير إلى الأرقام النسبية للأيونات المكونة لها. بالنسبة للمركبات التي تحتوي على أيونات أحادية الذرة فقط (مثل NaCl) وللعديد من المركبات التي تحتوي على أيونات متعددة الذرات (مثل CaSO ₄ ) ، فإن هذه الصيغ ليست سوى الصيغ التجريبية. ومع ذلك، فإن الصيغ الخاصة ببعض المركبات الأيونية التي تحتوي على أيونات متعددة الذرات ليست صيغًا تجريبية. على سبيل المثال، يتكون المركب الأيوني أوكسالات الصوديوم من أيونات Na ⁺ و C ₂ O ₄ ^{2 &سالب؛} أيونات مجتمعة بنسبة 2: 1 ، وتتم كتابة صيغتها كـ Na ₂ C ₂ O ₄ . & nbsp؛

يتكون اسم المركب الثنائي الذي يحتوي على أيونات أحادية الذرة من اسم الكاتيون (اسم المعدن) متبوعًا باسم الأنيون (اسم العنصر اللا المعدني مع استبدال نهايته بجانب اللاحقة). على سبيل المثال، اسم Na ₂ O هو أكسيد الصوديوم.

تتم تسمية المركبات التي تحتوي على أيونات متعددة الذرات أيضًا بشكل مشابه لتلك التي تحتوي على أيونات أحادية الذرة فقط ، أي بتسمية الكاتيون أولاً ثم الأنيون. على سبيل المثال ، اسم CaSO ₄ هو كبريتات الكالسيوم.

يمكن أن تشكل معظم المعادن الانتقالية وبعض معادن المجموعة الرئيسية كاتيونات أو أكثر بشحنات مختلفة. تتم تسمية هذه المركبات المؤلّفة من معادن مع لامعادن بنفس طريقة المركبات الثنائية، باستثناء شحنة أيون المعدن التي يتم تحديدها بواسطة رقم روماني بين قوسين بعد اسم المعدن.  

يتم تحديد شحنة أيون معدن من صيغة المركب وشحنة الأنيون. على سبيل المثال، في مركب أيوني ثنائي من الحديد والكلور، يُظهر الحديد عادةً شحنة إما 2+ أو 3+، والصيغتان المركبتان المتماثلتان هما FeCl ₂ و FeCl ₃ . في مثل هذه الحالات، يتم تضمين شحنة أيون المعدن كرقم روماني بين قوسين بعد اسم المعدن مباشرةً. يطلق على هذين المركبين اسم كلوريد الحديد (II) وكلوريد الحديد (III) ، على التوالي.  

تسمى المركبات الأيونية التي تحتوي على جزيئات الماء كمكونات متكاملة لبلوراتها بالهيدرات. يُشتق اسم الهيدرات الأيونية عن طريق إضافة مصطلح إلى اسم المركب اللامائي (بمعنى “غير متحد مع الماء”) يشير إلى عدد جزيئات الماء المرتبطة بكل وحدة صيغة للمركب. تبدأ الكلمة المضافة ببادئة يونانية تشير إلى عدد جزيئات الماء وتنتهي بـ “هيدرات.”. على سبيل المثال ، توجد كبريتات النحاس (II) اللامائية أيضًا على شكل هيدرات تحتوي على خمسة جزيئات ماء وتسمى كبريتات النحاس (II) بينتاهيدرات (بنتا = 5). صودا الغسيل هو الاسم الشائع لهيدرات كربونات الصوديوم التي تحتوي على عشر جزيئات ماء؛ الاسم المنهجي هو كربونات الصوديوم ديكاهيدرات (ديكا = 10).

تتم كتابة صيغ الهيدرات الأيونية عن طريق إلحاق نقطة مركزية رأسيًا، ومعامل يمثل عدد جزيئات الماء، وصيغة الماء. على سبيل المثال ، تتم كتابة خماسي هيدرات كبريتات النحاس (II) كـ CuSO ₄ ∙ 5H ₂ O.

هذا النص مقتبس من Openstax, Chemistry 2e, Section 2.6: Molecular and Ionic Compounds and Openstax, Chemistry 2e, Section 2.7: Chemical Nomenclature.