Bu makalede çok atomlu iyonlardan bahsedeceğiz. İsminden de anlaşılacağı üzere, çok atomlu bir iyonun birden fazla atomu vardır. Çok atomlu iyonların bu özellikleri, onları sadece bir atom bulunduran tek atomlu iyonlardan ayırır. Tek atomlu iyonlara örnek olarak Na+start text, N, a, end text, start superscript, plus, end superscript, Fe3+start text, F, e, end text, start superscript, 3, plus, end superscript, Cl−start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript ve başka birçok atom gösterilebilir. Bu makaleyi okurken, tek atomlu temel iyonlar ve iyonik bileşiklerin isimlendirilmesi ile kimyasal formüllerinin yazılması gibi konularda bilginizinin olduğunu varsayıyoruz.
Çok atomlu iyonların yapıları
Çok atomlu iyonları daha iyi anlamak için onları tek atomlu iyonlarla karşılaştırabiliriz. Tek atomlu bir iyon, elektron kazanarak veya kaybederek iyon haline gelmiş bir atomdur. İyonun net bir yükü bulunur, çünkü toplam elektron sayısı çekirdekteki toplam proton sayısı ile eşit değildir. Bu yüzden, nötr bir atom ile karşılaştırıldığında iyon için şunları söyleyebiliriz: Negatif yüklü bir anyon ise daha fazla sayıda elektronu; pozitif yüklü bir katyon ise daha az sayıda elektronu olduğunu anlayabiliriz. Örneğin, nötr bir klor atomunun atom numarası 17'dir. Bu da, klorun 17 protonu ve 17 elektronu olduğu anlamına gelir. Nötr haldeki atom bazı durumlarda bir elektron kazanarak klörür (Cl−start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript) anyonuna dönüşür:
Cl+e−→Cl−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
17elektron18elektronspace, space, space, space, start color #11accd, 17, start text, e, l, e, k, t, r, o, n, 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, end text, end color #aa87ff
17proton17protonspace, space, space, space, space, 17, start text, p, r, o, t, o, n, 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, end text
Bir elektron kazanınca, klörür anyonunun 17 protonu ve 18 elektronu olur. Elektron sayısı proton sayısından bir fazla olduğu için, iyonun net yükü -1 olarak ifade edilir.
Benzer şekilde, çok atomlu bir iyonu da elektron kazanarak ya da kaybederek iyon haline gelen bir molekül olarak düşünebiliriz. Çok atomlu bir iyonda, kovalent bağlı atom grubu net bir yüke sahiptir, çünkü moleküldeki toplam elektron sayısı toplam proton sayısına eşit değildir. Lewis nokta yapılarını çizerken, çok atomlu bir iyonun toplam yükü, iyondaki her bir atomun formal yüklerinin toplamına eşit olur.
Örneğin, çok atomlu bir iyon olan hidroksiti (OH−start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript) ele alalım. Solda, hidroksit iyonunun Lewis nokta yapısını görüyoruz. Bir oksijen ve bir hidrojen atomu içeriyor. Bu atomların arasındaki tek çizgi kovalent bağı gösteriyor. Buradaki bağ, Hstart text, H, end text ve Ostart text, O, end text atomları arasında paylaşılan iki elektronu içeriyor. Ostart text, O, end text atomunun etrafındaki noktalar yalın çift olan elektronları gösterir. Hidroksitte, oksijenin 3 çift yalın elektronu bulunur, bu da toplamda 6 yalın elektron olduğunu gösterir.
Hidroksit iyonunun net yükü, Lewis nokta yapısının tamamını köşeli parantez içine alarak ve yükü sağ üst köşeye yazarak gösterilir. Hidroksitin -1 yükü olduğunu görüyoruz. Bu da, iyonun elektron sayısının, bir hidrojen atomu ve bir oksijen atomunun çekirdeklerindeki protonların sayısından 1 fazla olduğu anlamına gelir.
Kavram tekrarı: Bir hidroksit iyonunda kaç adet proton ve elektron bulunur?
Yaygın görülen çok atomlu iyonlar
Çok atomlu iyonlar aslında her yerdeler! Örneğin, bikarbonat iyonları (HCO3−start text, H, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript, start superscript, minus, end superscript) kanımızın pH değerinin korunmasına yardımcı olur. Öte yandan fosfat iyonları (PO43−start text, P, O, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, 3, minus, end superscript) ise birçok metabolik işlem için son derece önemlidir. En fazla bilinen çok atomlu iyonların isimlerini, yüklerini ve formüllerini bilmek, iyonik bileşikleri tanımaya ve reaktifliklerini bilmeye yardımcı olur. Aşağıdaki tablo, yaygın olarak görülen bazı çok atomlu iyonların bir listesini sunmaktadır.
formu¨lHg22+NH4+NO2−NO3−SO32−SO42−HSO4−OH−CN−PO43−HPO42−H2PO4−isimCıva(I)AmonyumNitritNitratSu¨lfitSu¨lfatHidrojen su¨lfat (bisu¨lfat*)HidroksitSiyanu¨rFosfatHidrojen fosfatDihidrojen fosfatformu¨lSCN−CO32−HCO3−ClO−ClO2−ClO3−ClO4−C2H3O2−(veya CH3COO−)MnO4−Cr2O72−CrO42−O22−C2O42−isimTiyosiyanatKarbonatHidrojen karbonat (bikarbonat*)HipokloritKloritKloratPerkloratAsetatPermanganatDikromatKromatPeroksitOksalat
*Resmi olmayan ancak yaygın olarak kullanılan adı.
Makalenin geri kalanında bu tablodaki çok atomlu iyonlardan bahsedeceğiz.
Çok atomlu iyonları içeren bileşiklerin adları ve kimyasal formülleri
Artık yaygın olarak bilinen çok atomlu iyonlar hakkında bilgi sahibi olduğumuza göre, bu iyonları içeren bileşiklerin nasıl adlandırıldıklarına ve kimyasal formüllerinin yazılış biçimlerine göz atabiliriz. Akılda tutulması gereken iki önemli nokta var:
Eğer bir bileşik aynı türden çok atomlu iyonladan birden fazlasını içeriyor ise, bileşikte o türden kaç tane iyon olduğunu belirten bir alt simge kullanmadan önce, iyonun formülünü parantez içinde göstermemiz gerekir.
İyonik bileşiğin toplam yükü nötr olmalıdır. Başka bir deyişle, bileşikteki anyonların ve katyonların yüklerinin toplamı sıfıra eşit olmalıdır. Bu kural, anyonlarının ve katyonlarının yükü bilinen bir iyonik bileşiğin formülünün bulunabilmesine yardımcı olur. Bu kural aynı zamanda bir iyonik bileşiğin kimyasal formülü bilindiğinde, o bileşikteki bir iyonun yükünün bulunabilmesine de olanak sağlar.
Bazı örneklere göz atalım.
Örnek 1: Bileşiğin isminden yola çıkarak kimyasal formül bulma
Kalsiyum hidroksitin kimyasal formülü nedir?
Kalsiyum bir toprak alkali metaldir. Periyodik tabloda 2. grupta bulunur ve buna bağlı olarak +2 yüklü iyonlar oluşturur. Yukarıdaki tablonun da yardımıyla, hidroksitin OH−start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript formülüne ve -1 yüke sahip olduğunu biliyoruz. Yani Ca2+start text, C, a, end text, start superscript, 2, plus, end superscript'daki +2 yükü nötrlemek için iki hidroksit iyonuna ihtiyacımız var. Formülü yazarken, OHstart text, O, H, end text parantez içine alınır ve parantezin dışına, sağ alta, 2 rakamı yazılır. Böylece her Ca2+start text, C, a, end text, start superscript, 2, plus, end superscript katyonu için iki adet hidroksit iyonu olduğu gösterilmiş olur. Bu yüzden de, bileşiğin kimyasal formülü Ca(OH)2start text, C, a, left parenthesis, O, H, right parenthesis, end text, start subscript, 2, end subscript'dir.
Kavram kontrolü: CaOH2start text, C, a, O, H, end text, start subscript, 2, end subscript kalsiyum hidroksit için neden yanlış formüldür?
Örnek 2: Çok atomlu iyon içeren iyonik bileşiklerin adlandırılması
Formülü Ni3(PO4)2start 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 olan bileşiği nasıl adlandırılır?
İyonik bileşiklerin adlandırılmasında, formülü önce katyonlara ve anyonlara ayırmak bize yardımcı olacaktır. Bu bileşikteki katyon nikel bazlıdır. Nikel, farklı yüklerde birçok katyon oluşturabilen bir geçiş metalidir. Bu yüzden, bileşiği isimlendirirken, bu bileşikteki nikel iyonunun yükünü bulmamız gerekir. Şansımıza, anyonun yükünü biliyoruz: Fosfat çok atomlu bir iyondur ve her zaman -3 yüke sahiptir. Bir iyonik bileşiğin toplam yükünün sıfır olduğunu da bildiğimize göre, nikel iyonunun yükünü bulmak için bileşiğin kimyasal formülünü ve fosfatın yükünü kullanabiliriz:
Net yu¨k=0=(katyon sayısı×katyon yu¨ku¨)+(anyon sayısı×anyon yu¨ku¨)start text, N, e, t, space, y, u, with, \", on top, k, end text, equals, 0, equals, left parenthesis, start text, k, a, t, y, o, n, space, s, a, y, ı, s, ı, end text, times, start color #1fab54, start text, k, a, t, y, o, n, space, y, u, with, \", on top, k, u, with, \", on top, end text, end color #1fab54, right parenthesis, plus, left parenthesis, start text, a, n, y, o, n, space, s, a, y, ı, s, ı, end text, times, start text, a, n, y, o, n, space, y, u, with, \", on top, k, u, with, \", on top, end text, right parenthesis
Bu denklemi yeniden düzenlediğimizde, katyonların yüklerinin toplamının, anyonların yüklerinin toplamının −1minus, 1 katına eşit olduğunu görebiliriz.
katyon sayısı×katyon yu¨ku¨=−1×(anyon sayısı×anyon yu¨ku¨)start text, k, a, t, y, o, n, space, s, a, y, ı, s, ı, end text, times, start color #1fab54, start text, k, a, t, y, o, n, space, y, u, with, \", on top, k, u, with, \", on top, end text, end color #1fab54, equals, minus, 1, times, left parenthesis, start text, a, n, y, o, n, space, s, a, y, ı, s, ı, end text, times, start text, a, n, y, o, n, space, y, u, with, \", on top, k, u, with, \", on top, end text, right parenthesis
Katyonların ve anyonların sayısı için, kimyasal formülden bildiğimiz değerleri yerine koyabiliriz. Anyon yükünü de yerleştirdiğimizde, nikelin yükünü bulmak için aşağıdaki denklemi çözebiliriz:
3×katyon yu¨ku¨katyon yu¨ku¨=−1×(2×3−)=6+=36+=2+
Artık bileşikteki katyonun nikel (II) olduğunu biliyoruz. Bileşiğin tamamını adlandırabilmek için, önce katyonun ismi (yükü parantez içinde Roma rakamlarıyla yazılır) kullanılır. Daha sonra da anyonun ismi yazılır.
Bu nedenle, bileşiğin adı nikel (II) fosfattır.
Örnek 3: Bir iyonik bileşiği iyonlarına ayırma
Ca(MnO4)2start text, C, a, left parenthesis, M, n, O, end text, start subscript, 4, end subscript, right parenthesis, start subscript, 2, end subscript iyonik bileşiğinde bulunan iyonlar hangileridir?
Her bir iyonun formülünü, yükünü ve sayısını belirtelim.
Bir iyonik bileşiğin formülünü analiz ederken, önce tanıdık gelen iyonların formüllerine bakılır. Bu örnekte, permanganatın (MnO4−start text, M, n, O, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, minus, end superscript) yukarıdaki tabloda listelenen çok atomlu iyonlardan biri olduğunu görüyoruz. Formülünü analiz ettiğimiz bileşikte 2 adet permanganat iyonu olduğunu anlıyoruz.
Permanganat iyonu -1 yük taşıdığı için, iyonik bileşiğin tamamına 2×(2, times, left parenthesis-1)=right parenthesis, equals net yük kazandırır. Tüm iyonik bileşiklerde net yükün sıfır olması gerektiğini unutmayın. Bu yüzden kalsiyum, iki MnO4−start text, M, n, O, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, minus, end superscript iyonundan gelen -2 net yükü dengelemek için Ca2+start text, C, a, end text, start superscript, 2, plus, end superscript katyonu halinde bulunmalıdır.
Mantığımızı kontrol etmek için kendimize "Kalsiyum genellikle +2 yüklü katyonlar mı oluşturur?" sorusunu sorabiliriz. Kalsiyum (Castart text, C, a, end text) 2. grup metali olduğu için, genellikle iki elektron vererek +2 yüklü katyonlar oluşturur. Böylece, cevabımız kimyasal reaktiflik konusunda edindiğimiz bilgilerle uyumlu olduğunu da görüyoruz! Harika, değil mi?
Bu nedenle, Ca(MnO4)2start text, C, a, left parenthesis, M, n, O, end text, start subscript, 4, end subscript, right parenthesis, start subscript, 2, end subscript iyonik bileşiğinde bir Ca2+start text, C, a, end text, start superscript, 2, plus, end superscript katyonu ve iki MnO4−start text, M, n, O, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, minus, end superscript anyonu vardır.
Bir iyonik bileşiği, onu oluşturan iyonlarına ayırabilmek genellikle yararlıdır. Bu yöntemi uygulamanın faydalı olabileceği örnekler, bir iyonik bileşiğin suda çözündüğü tepkimelerdir. Çoğu iyonik bileşik suda çözünebilir ve çözelti haline gelince iyonlarına ayrılır. Ayrılan iyonlar, başlangıçtaki iyonik bileşikteki diğer iyonlardan farklı ve serbest bir biçimde kendi kimyasal yollarına giderler.
Nötr atomlar elektron kazandıklarında ya da kaybettiklerinde iyonlar oluştuğu gibi, çok atomlu bir iyon da nötr bir molekülün elektron kazanması ya da kaybetmesi oluşur. Bu da, çok atomlu bir iyonun, moleküldeki toplam elektron sayısının toplam proton sayısına eşit olmaması sebebiyle net bir yük taşıyan kovalent bağlı atomlar grubu olması anlamına gelir. Çok atomlu bir iyonun Lewis nokta yapısında, tüm atomların formal yüklerinin toplamı, iyonun net yüküne eşit olmalıdır.
En yaygın çok atomlu iyonları bilen biri, iyonik bileşikleri daha kolay tanır ve reaktifliklerini tahmin edebilir. Var olan bütün çok atomlu iyonları öğrenmek epey zor olsa bile, çoğu iyonun formüllerinde, isimlerinde ve yüklerinde benzerlikler bulunur. Bu benzerlikler zamanla öğrenilebilir, böylece bütün iyonları ezberlemek zorunda da kalmazsınız.
Bonus: Çok atomlu iyonları öğrendikten sonra, "Çok atomlu iyonu bul" adlı oyunu oynayabilirsiniz. Bu oyunda, çok atomlu iyon içeren ve günlük hayatta karşılaştığımız bileşik örneklerini bulmaya çalışacaksınız. Bu makalede kabartma tozu ve tebeşir örneklerini verdik. Peki siz kendiniz başka örnekler bulabilir misiniz? İpucu: Krem, şampuan veya diş macununuzun "İçindekiler" listesine göz atın. Bulduğunuz örnekleri yorum olarak aşağıda bizlerle paylaşabilirsiniz!
