הסריג היוני ונוסחה אמפירית

התרגול בסוף הדף

מהו חומר יוני?

חומר יוני הוא חומר המורכב מיונים חיובים ושליליים המושכים אחד את השני בחוזקה ויוצרים מוצק בעל מבנה מסודר הנקרא סריג או גביש

באיור מתואר סריג יוני של נתרן כלורי (NaCl) שהוא מלח בישול הידוע לנו. הסריג הוא תלת מימדי בעוד שבציור מתואר גביש דו ממדי. בפועל כל יון מוקף בשישה יונים בעלי מטען הפוך. לדוגמה יוני כלור מוקפים ארבעה יוני נתרן כפי שנתן לראות בציור אבל בגביש התלת מדמי יש בנוסף יון נתרן מקדימה ליון הכלור ומאחוריו ביחס למישור המתואר בציור.

איך מזהים חומר יוני על פי נוסחת התרכובת?

אנו נזהה חומרים יונים על פי הכללים הבאים:

  1. בדרך כלל, חומרים יונים מורכבים ממתכות ואל מתכות. לרוב המתכות הם היונים החיוביים והאל מתכות הם היונים השליליים (יש יוצאי מן הכלל כפי שנראה בהמשך).
    לדוגמה:
    אשלגן ברומי: KBr
    אלומינים גופרתי: 3(Al2(SO4
  2. מקרים יוצאים מן הכלל: מלחים של היון אמון (+NH4+) לרוב מורכבים מאל-מתכות בלבד!

    לדוגמה:
    אמון כלורי: NH4Cl
    אמון גופרתי:   NH4)2SO4)

מודל של הסריג היוני של NaCl
מודל של נתרן כלורי
סרטון על הסריג היוני

בסרטון נבין למה חומרים יוניים יוצרים גביש ולמה הקשרים היוניים חזקים מהקשרים הבין מולקולריים.

מהם יונים מורכבים או יונים רב אטומיים?

יונים מורכבים או רב אטומיים הם יונים המורכבים משנים או יותר אטומים הקשורים ביניהם קשר קוולנטי. כלומר מולקולות בעלות מטען שונה מאפס.
להלן מספר דוגמאות של יונים רב אטומיים:
יון חנקתי: NO3n
יון גופרתי: SO42-n
יון פחמתי: CO32-n
 בסרטון המצורף מתוארים דוגמאות נוספות ונוסחאות המבנה של יונים אלה

סרטון על יונים מורכבים או רב אטומיים
נגן וידאו

בסרטון נלמד מהם יונים מורכבים ונראה נוסחאות ייצוג אלקטרוני של חלק מהם כהעשרה המסבירה למה יונים אלה נורים בטבע.

איך כותבים נוסחה אמפירית של חומר יוני?

נוסחה אמפירית של תרכובת, היא נוסחה המציינת את היסודות המרכיבים את התרכובת והיחס המספרי ביניהם.
מציינים את היחס המספרי בעזרת המספרים הקטנים ביותר המבטאים את היחס. לדוגמה עם היחס בין מספר האטומים בתרכובת הוא 2:4 אז רושמים בנוסחה אמפירית 1:2.

את היחס המספרי רושמים כמספרים קטנים מצד ימין של סמל כל יסוד (אינדקס).
לדוגמה, הנוסחה האמפירית של סידן כלורי היא: CaCl2 . הנוסחה מייצגת סריג יוני בו יש יוני סידן (Ca2+n) ויוני כלור (Cln) ביחס של 1:2 כלומר גביש שבו על כל יון סידן יש שני יוני כלור.
הערה: חומרים יונים לא יוצרים מולקולות אלא מבני ענק סימטריים הנקראים סריג או גביש ולכן לא נקרא לנוסחה האמפירית של חומרי יונים נוסחה מולקולרית.

להלן מספר דוגמאות של נוסחאות אמפיריות:
מגנזיום פלואורי:  MgF2
אלומיניום חמצני: Al2O3
נתרן חמצני: Na2O

 

שיטה לכתיבת נוסחאות אמפיריות

בסרטון המצורף מתוארות דוגמאות ושיטה לכתיבת נוסחאות אמפיריות של חומרים יונים.

נוסחאות אמפיריות של תרכובות ומודלים
נוסחה אמפירית של תרכובת ומודלים

הערה: במודל של סידן ברומי מראים ציור של סריג חלקי  במישור (כדי להדגיש את היחס של 2:1) עם הוספת שני יוני ברום לפני ומאחורי יון סידן כדי לציין שמדובר בגביש תלת ממדי.

סרטון על כתיבת נוסחה אמפירית של חומר יוני
  1. בחרו את המילים הנכונות במשפטים הבאים:

א. חומרים יונים הם חומרים המורכבים מיונים בעלי מטען חיובי / שלילי/ חובי או שלילי ________.
ב. הסיבה להיווצרות חומר יוני בין שני יסודות היא שיתוף / העברה _________ של אלקטרונים בין אטומי היסודות.

ג. בחומר יוני, ניתן / לא ניתן __________לדבר על מולקולות ולכן הנוסחה NaCl מייצגת מולקולה / מבנה ענק _________ המורכב/ת מיוני Na+n  ו- Cln.
ד. רוב החומרים היונים מורכבים מיונים של מתכת ואל מתכת מכיוון שהפרש האלקטרושליליות של היסודות הללו בדרך כלל גדול / קטן / זניח __________ ולכן נוצרים בפועל מטענים חלקיים / מטענים שלמים ________________ בחלקיקים המרכיבים את החומר.
ה. חומרים יוניים יוצרים מבנים מסודרים בשם סריג או גביש מכיוון שהמטענים השלמים של היונים מושכים את היונים בעלי מטען הפוך בצורה שווה / לא שווה __________ לכל הכיוונים מסביב אליהם. 
ו. בגביש של NaCl, יון נתרן אחד יכול ליצור קשר יוני עם 1 / 4 / 6 / 8 ________ יוני כלור (תתייחסו למודל של הגביש).
ז. נוסחה אמפירית של חומר יוני היא נוסחה המציינת את מספר / יחס מספרי ___________ היונים החיוביים והשליליים בגביש.
ח. סכום המטענים של כל היונים בנוסחה אמפירית הוא תמיד מספר חיובי / מספר שלילי / אפס ______________.
ט. יון מורכב או רב אטומי הוא יון בעל מספר אטומים הקשורים ביניהם קשר קוולנטי / יוני ___________  לרוב.

י. היון אמון NH4+n הוא יון רב אטומי היוצר בדרך כלל חומרים יונים הכוללים רק אל מתכות / אל מתכות ומתכות ___________ .

2. חזרה על יונים מועדפים
תרשמו את הסמל של היונים המועדפים של כל אחד מהיסודות בזוגות הבאים (נתונים סמל היסוד או שם היסוד):Ba ו- S,     סלניום וליתיום,  P  ו- Al,  רובידיום (Rb) וחנקן,  מימן וארסן (As)

3. רשמו את הנוסחה האמפירית של החומר היוני שנוצר מכל זוג יונים שרשמתם בשאלה הקודמת.

4. להלן נוסחאות מספר יסודות כפי שהם מופיעים בטבע בתנאי החדר. גופרית: S8(s)n, אשלגן: K(s)n, ברום: Br2(l)n, אלומיניום: Al(s)n, זרחן: P4(s)n, מגנזיום: Mn(s)n

א. רשמו את סמל היונים המועדפים המתקבלים מכל אחד מהיסודות הללו.
ב. רשמו את הנוסחה האמפירית של כל התרכובות היוניות האפשריות המתקבלות מהיונים שרשמתם בסעיף הקודם.
ג. רשמו ואזנו תגובה כימיה בין היונים (במצב גז) לקבלת התרכובות היוניות (במצב מוצק) שרשמתם בסעיף הקודם.
לדוגמה, ניסוח יצירת מלח NaCl מהיונים המרכיבים אותה נרשם באופן הבאה:

Na+(g)  +   Cl(g)   →  NaCl(s)n

ד. רשמו ואזנו תגובה כימיה בין היסודות כפי שמופיעים בטבע לקבלת התרכובות היוניות שרשמתם בסעיף ב’ (הקפידו על מצבי צבירה בתנאי החדר).
לדוגמה, ניסוח יצירת מלח NaCl מהיסודות המרכיבים אותו נרשם באופן הבא:

2Na(s)  +   Cl2(s)   →  2NaCl(s)n

ה. באילו תגובות יש לדעתכם צורך במתן יותר אנרגיה למגיבים על מנת שתתרחשנה, בתגובות של סעיף ג’ או בתגובות של סעיף ד’. נמקו.

5. יונים מורכבים
להלן רשימת נוסחאות של יונים רב אטומיים (מורכבים) ורשימת שמות של יונים רב אטומיים. התאימו את השמות לנוסחאות של היונים.

שם היון                                     נוסחת היון 

חנקתי                                        CO32-n                           

גופרטי                                      Cr2O72-n 

פחמתי                                       MnO4n

אמון                                           NO3n

זרחתי                                        SO42-n

פרמנגנט                                    NH4+n

דיכרומט                                     OHn

הידרוקסיד                                 PO43-n

6. מלאו את הטבלה שלפניכם עם הנוסחאות האמפיריות המתאימות ליונים שבשורה והעמודה הרשאונות (ראו את הדוגמה הפתורה)

תרגיל נוסחאות אמפיריות של חומרים יוניים

7. בתרכובת Fe2(CO3)3 משמעות המספר 3 מחוץ לסוגריים היא:

א. לתרכובת יש שלושה יוני O2-n
ב. לתרכובת יש תשעה יוני COn
ג. לתרכובת יש שלושה יוני CO32-n
ד. לתרכובת יש שלושה יוני Cn  ותשעה יוני O2-n

8. תארו את מודל הסריג היוני (כולל ציור המודל) של החומר Li2CO3

9. תסבירו במילים שלכם איך רושמים נוסחה אמפירית של חומר יוני ותדגימו לאחר מכן עבור היונים Mg2+n  ו- PO43-n.

מטען היון המועדף של יסוד לפי מיקומו בטבלה המחזורית
פתרון מודרך: נוסחה אמפירית של חומר יוני

שאלה:
1. רשום את הנוסחה האמפירית של חומר הבנוי מיוני אשלגן (K+n) וחנקתי (NO3n)
2. רשום את הנוסחה האמפירית של חומר הבנוי מיוני סידן (Ca2+n) וחנקתי (NO3n)
3. למלא טבלה כמו בתרגיל מספר 6 בדף התרגול.