مقدمه ای بر پيوند يوني و نامگذاری ترکیبات مربوطه

پيوند يوني پيوندي است كه از انتقال الكترونها بين اتمها يا مجموعه اي از اتمهاي پيوسته به هم (مثلاً با پيوندهاي كووالانسي) بوجود مي آيد. يون اتم يا مجموعه اي از اتمهاي پيوسته بهم است كه توازن الكتريكي ندارد، به عبارتي مجموع تعداد الكترونهايش با مجموع تعداد پروتونهایش برابر نيست. در صورت فزوني الكترون (بيشتر بودن تعداد الكترونها از تعداد پروتونها) يون بار منفی خواهد داشت و آنيون ناميده خواهد شود، در حاليكه در صورت كمبود الكترون (كمتر بودن تعداد الكترونها از تعداد پروتونها) يون بار مثبت خواهد داشت و كاتيون ناميده خواهد شود. موقع انتقال الكترون و ايجاد پيوند يوني، هم كندن (حذف كردن) الكترون و ايجاد كاتيون و هم دادن (اضافه نمودن) الكترون و ايجاد آنيون را داريم. پيوند يوني در واقع جاذبه خالص بين يونهاي ناهمنام (كاتيون و آنيون) است كه براثر انتقال الكترون ايجاد شده و سپس در كنار همديگر قرار گرفته اند. به عنوان مثال ماده NaCl را در نظر بگيريد. در اين ماده ما پيوند يوني بين يونهاي Cl^- , Na⁺ داريم كه از انتقال يك الكترون از اتم سديم به اتم كلر نتيجه شده اند. در صورتيكه از مدارهاي دايروي شكل براي نمايش الكترونهاي سديم و كلر استفاده كنيم، تشكيل پيوند يوني بين سديم و كلر به صورت زير مي تواند نمايش داده شود:

همانطور كه ديده مي شود،  الكترون آخرين لايه اصلي اتم سديم كنده شده و اتم سديم به يون سديم تبديل مي شود. اضافه شدن همان الكترون به آخرين لايه اصلي اتم كلر، يون كلر را نتيجه مي دهد. در نهايت يونهاي مثبت سديم و يونهاي منفي كلر در كنار همديگر قرار مي گيرند و پيوند يوني موجود بين آنها يا موجود در ماده NaCl همان جاذبه خالص بين يونهاي ناهمنام با هم است. تبديل مواد سديم و كلر به اتمهاي سديم و كلر و سپس كندن الكترون از اتمهاي سديم نيازمند صرف انرژي هستند. دادن الكترون به اتمهاي كلر همراه با آزاد كردن انرژي است و قسمتي از (اما نه همه) انرژي صرف شده را جبران مي كند. قرار گرفتن يونهاي سديم و كلر در كنار همديگر و تشكيل ماده NaCl همراه با هم وجود جاذبه ها (مثلاً جاذبه بين يونهاي ناهمنام) و هم وجود دافعه ها (مثلاً دافعه ابرهاي الكتريكي يونها با هم) است، اما جاذبه بين يونهای ناهمنام تأثيرگذارتر بوده و در كل تشكيل ماده NaCl از يونهاي سديم و كلر مجزا از هم همراه با افزايش جاذبه ها و در نتيجه كاهش سطح انرژي پتانسيل و افزايش پايداري است. كاهش سطح انرژي پتانسيل و مقدار انرژي آزاد شده به حدي زياد است كه انرژي مصرف شده براي توليد يونهاي سديم و كلر را هم جبران مي كند، به همين علت است كه فلز سديم به راحتي و به سرعت با گاز كلر همراه با توليد گرما و نور واكنش داده و جامد NaCl (نمك طعام) را بوجود مي آورد. به عبارتي توليد جامد NaCl از مواد سديم و كلر در كل همراه با افزايش جاذبه ها و كاهش سطح انرژي پتانسيل و افزايش پايداري است.

در مورد مثال NaCl، هر اتم سديم يك الكترون مي دهد و هر اتم كلريك الكترون مي گيرد و در نهايت يونهاي تك اتمي   Cl^- و Na⁺ در كنار همديگر قرار مي گيرند. در حالت كلي كاتيونها ممكن است يك، دو، سه يا ... الكترون از دست داده باشند و آنيونها ممكن است يك، دو، سه، يا ... الكترون گرفته باشند. همچنین در حالت كلي ممكن است اتم يا مجموعه اي از اتمها الكترون از دست بدهند يا بگيرند. به عبارتي يونها (چه كاتيونها و چه آنيونها) مي توانند هم تك اتمي و هم چند اتمي باشند. مثلاً Fe³⁺ يك كاتيون تك اتمي است در حاليكه يك كاتيون دواتمي است. O^2- يك آنيون تك اتمي است، در حاليكه  يك آنيون پنج اتمي است.

مستقل از تعداد الكترونهاي از دست داده شده يا گرفته شده، تعداد اتمهاي دخيل در هر كاتيون و آنيون همگي در عمل انتقال الكترونها، ايجاد يونها و جاذبه خالص بين يونهاي قرار گرفته در كنار هم مشترك خواهند بود و از اين جهات مي توانند پيوند يوني در نظر گرفته شوند. همچنين رخ دادن (اتفاق افتادن) خوبخودي يا طبيعي هريك از انواع انتقال الكترونها، ايجاد يونهاي گوناگون و در كنار هم قرار گرفتن هاي مختلف يونهاي ايجاد شده را مي توان به جاذبه يونهاي ناهمنام قرار گرفته در كنار هم به عنوان عامل غالب يا تأثيرگذارتر و در نتيجه افزايش خالص جاذبه ها، كاهش سطح انرژي پتانسيل و افزايش پايداري نسبت داد.

پيوند يوني ممكن است بين فلزات و نافلزات با هم (مانند MgO كه متشكل از يونهاي O^2- , Mg²⁺ است)، بين نافلزات با هم (مانند PCl₅ كه در حالت جامد متشكل از يونهاي است) و بين فلزات با هم (مانند CsAu كه متشكل از يونهاي Cs⁺ و Au^- است) مشاهده شود. اما همانطور كه قبلاً نيز گفتيم، نافلزات معمولاً با هم پيوند كووالانسی و فلزات معمولاً باهم پيوند فلزي مي دهند. بنابراين پيوند يوني معمولاً بين فلزات و نافلزات با هم مشاهده مي شود. اين مطلب مي تواند به سهولت كنده شدن الكترون از فلزات و تمايل بالاي نافلزات براي گرفتن الكترون و در نتيجه سهولت ايجاد يونها در تركيبات فلزات و نافلزات با هم نسبت داده شود. به عنوان مثال در مواد KF, Al₂O₃, FeCl₂, Na₂SO₄, BaCO₃ و ... كه متشكل از فلزات و نافلزات هستند، ما پيوند يوني داريم.

در مورد نامگذاري تركيبات حاوي پيوند يوني (يا تركيبات يوني يا تركيبات متشكل از يونهاي مجزا از هم) خوب است كه با مجموعه قواعد نامگذاري زير آشنا باشيم.

در مورد تركيب هاي شامل يونهاي تك اتمي، نام كاتيون همان نام فلز است و نام آنيون از ريشه انگليسي نام غيرفلز گرفته شده و پسوند «-يد» به انتهاي آن اضافه مي شود. جدول بعدی نام برخي از كاتيونها و آنيونهاي تك اتمي متداول را ذكر كرده است.

نماد كاتيون	نام كاتيون	نماد آنيون	نام آنيون
Li^+	ليتيم	F^-	فلونوريد
Na^+	سديم	Cl^-	كلريد
K^+	پتاسيم	Br^-	برميد
Rb^+	روبيديم	I^-	يديد
Cs^+	سزيم	O^2-	اکسيد
Fr^+	فرانسيم	S^2-	سولفيد
Mg^2+	منيزيم	Se^2-	سلنيد
Ca^2+	كلسيم	Te^2-	تلوريد
Sr^2+	استرانسيم	N^3-	نيتريد
Ba^2+	باريم	P^3-	فسفيد
Ra^2+	راديم	As^3-	آرسنيد
Sc^3+	اسكانديم	C^4-	كربيد
Zn^2+	روي	H^-	هيدريد
Ag^+	نقره
Al^3+	آلومينيوم
Cd^2+	كادميم
H^+	هيدروژن

مثال: نام تركيبات يوني زير را بنويسيد.

NaBr , ZnS , K₂Se, AlF₃, Li₃N

حل:

با توجه به قواعد ذكر شده داريم:

NaBr: سديم برميد، ZnS: روي سولفيد، K₂Se: پتاسيم سلنيد، AlF₃: آلومينيوم فلوئوريد، Li₃N: ليتيم نيتريد.

*****

بيشتر فلزات واسطه و برخي از فلزات اصلي مي توانند كاتيونهاي با بارهاي مختلف ايجاد نمايند. در اين صورت طبق قواعد نامگذاري آيوپاك، بار هر كاتيون به صورت عدد رومی داخل پرانتز در جلوي نام فلز ذكر مي شود.

در نامگذاري معمولي (نامگذاري قديمي اما متداول يا جا افتاده) براي كاتيون با بار مثبت كمتر از پسوند «-و» و براي كاتيون با بار مثبت بيشتر از پسوند «-يك» استفاده مي كردند (بنابراين اين روش براي فلزات با دو نوع كاتيون جوابگو است و براي فلزاتي كه بيش از دو نوع كاتيون تك اتمي تشكيل مي دهند، معمولاً استفاده نمي شود).

جدول زير نام برخي از فلزات كه بيش از يك نوع كاتيون دارند، را ذكر كرده است.

عنصر	نماد	يونها	نام آيوپاك يونها	نام معمولي يونها
آهن	Fe	Fe^2+ Fe^3+	آهن (II) آهن (III)	فرو فريك
مس	Cu	Cu^+ Cu^2+	مس (I) مس (II)	كوپرو كوپريك
جيوه	Hg	Hg2^2+ Hg^2+	جيوه (I) جيوه (II)	مركورو مركوريك
قلع	Sn	Sn^2+ Sn^4+	قلع (II) قلع (IV)	استانو استانيك
كروم	Cr	Cr^2+ Cr^3+	كروم (II) كروم (III)	كرومو كروميك
منگنز	Mn	Mn^2+ Mn^3+ Mn^4+	منگنز (II) منگنز (III) منگنز (IV)	منگنو منگنيك -
سرب	Pb	Pb^2+ Pb^4+	سرب (II) سرب (IV)	-
تاليم	Tl	Tl^+ Tl^3+	تاليم (I) تاليم (II)	-

در اين راستا، مثالهاي در ادامه آمده را در نظر بگيريد.

مثال: نام تركيبات يوني زير را بنويسيد.

Fe₂O₃ , FeO, CuI , Hg₂Br₂, HgBr₂ , CrO, Cr₂O₃

حل:

با توجه به قواعد ذكر شده داريم:

Fe₂O₃ : آهن (III) اكسيد، FeO : آهن (II) اكسيد، CuI: مس (I) يديد، Hg₂Br₂: جیوه (I) برمید، HgBr₂: جیوه (II) برمید، CrO : کروم (II) اكسيد، Cr₂O₃: کروم (III) اكسيد.

*****

برخي از آنيونها چند اتمي هستند. اين آنيونها معمولاً آنيونهاي اكسيژندار هستند. نام برخي از آنها در جدول بعدي آمده است.

نماد	نام
OH^-	هيدروكسيد
SH^-	هيدروژن سولفيد
S^2-	سولفيد
	آزيد
CN^-	سيانيد
OCN^-	سيانات
SCN^-	تيوسيانات
ONC^-	ايزوسيانات
	پراكسيد
	سوپراكسيد
	ازونيد
CH3COO^-	استات
	نيتريت
	نيترات
	سولفيت
	سولفات
	هيدروژن سولفات
	كربنات
	هيدروژن كربنات يا بيكربنات
	فسفات
	هيدروژن فسفات
	دي هيدروژن فسفات
	هيدروژن سولفات
	كرومات
	هيدروژن كرومات
	دي كرومات
	پرمنگنات
	فسفيت
ClO^-	هيپوكلريت
	كلريت
	كلرات
	پركلرات
	پريدات
	هيدروژن پراكسيد
	هيپو فسفيت
OBr^-	هيپو برميت
	برومات
	هيپو يديت
	يدات

همانطور كه ديده مي شود، برخي از اين آنيونها فقط در تعداد اتمهاي اكسيژن تفاوت دارند. اگر دو آنيون تحت اين شرايط داشته باشيم، نام آنيون با تعداد اكسيژن بيشتر، نام غيرفلز با پسوند «-ات» است و نام آنيون با تعداد اكسيژن كمتر نام غيرفلز با پسوند «-يت» است. مثلاً  و  به ترتيب سولفات و سولفيت ناميده مي شوند. درصورتيكه تعداد آنيونها بيشتر باشد، از پيشوندهاي هيپو و پر در ترکیب با پسوندهای «-يت» و «-ات» استفاده مي كنيم. پر براي تركيب با بيشترين تعداد اكسيژن در ترکیب با پسوند «-ات» و هيپو براي تركيب با كمترين تعداد اكسيژن در ترکیب با پسوند «-يت» به كار مي رود. به عنوان مثال ClO^- ، ،  و  به ترتيب هپوكلريت، كلريت، كلرات و پركلرات ناميده ميشوند.

مثال: نام تركيبات زير را بنويسيد:

NaO₂, K₂SO₄, NaHCO₃, Ca(NO₃)₂, KSCN, KClO₄, Na₂SO₃

حل:

با توجه به قواعد ذكر شده داريم:

NaO₂: سديم سوپراكسيد، K₂SO₄: پتاسيم سولفات، NaHCO₃: سديم هيدروژن كربنات يا سديم بيكربنات،

Ca(NO₃)₂: كلسيم نيترات، KSCN : پتاسيم تيوسيانات، KClO₄ : پتاسیم پرکلرات، Na₂SO₃ : سدیم سولفیت.

*****

در صورتيكه در تركيب يوني متبلور، در كنار يونها مولكولهاي آب داشته باشيم يا به عبارتي نمك يوني متبلور آبدار داشته باشيم، ابتدا نام تركيب يوني و سپس تعداد مولكولهاي آب در فرمول تركيب كه با پيشوند يوناني براي تعداد مشخص مي شود و در نهايت كلمه هيدارت را مي نويسيم. به عنوان مثال ، مس (II) سولفات پنتا هيدرات ناميده مي شود.

مثال: نام ترکیبات یونی متبلور آبدار زیر را بنویسید؟

الف) LiBr.2H₂O   ب) Mg(OOCCH₃)₂.4H₂O   ج) MnSO₄.H₂O   د)  Hg₂(NO₃)₂.2H₂O

حل:

الف) لیتیم برمید دی هیدرات                          ب) منیزیم استات تترا هیدرات 

ج) منگنز (II) سولفات مونو هیدرات                  د) جیوه (I) نیترات دی هیدرات

*****

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||

**************************************************

سایت: www.youngchemist.com

مولف: محمد شاهی

نظرات، پیشنهادات و انتقادات: chemistry.shahi@gmail.com

**************************************************

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||