Что такое многоатомные ионы?

Заряженная группа атомов

Внутри многоатомного иона атомы удерживаются ковалентными связями — теми же, что удерживают молекулу воды. В группе в целом электронов больше или меньше, чем протонов, поэтому она несёт суммарный заряд. Заряд принадлежит всему иону, а не одному атому, поэтому его пишут справа вверху от всей формулы, как в SO₄²⁻. Ионы, состоящие из одного атома, такие как Na⁺ и Cl⁻, называются одноатомными.

В соединении многоатомный ион ведёт себя как единый ион. В нитрате натрия NaNO₃ ион натрия (Na⁺) и нитрат-ион (NO₃⁻) образуют ионное соединение, а когда соль растворяется в воде, каждый нитрат-ион остаётся единым целым.

Распространённые многоатомные ионы и их заряды

Ионы с зарядом −1 включают гидроксид (OH⁻), нитрат (NO₃⁻), нитрит (NO₂⁻), гидрокарбонат, или бикарбонат (HCO₃⁻), ацетат (CH₃COO⁻), перманганат (MnO₄⁻), цианид (CN⁻), хлорат (ClO₃⁻) и перхлорат (ClO₄⁻).

Ионы с зарядом −2 включают карбонат (CO₃²⁻), сульфат (SO₄²⁻), сульфит (SO₃²⁻), хромат (CrO₄²⁻), дихромат (Cr₂O₇²⁻) и пероксид (O₂²⁻). Фосфат (PO₄³⁻) — самый распространённый ион −3. Два положительных иона, которые вы будете встречать чаще всего, — аммоний (NH₄⁺) и гидроксоний (H₃O⁺), оба +1.

Обратите внимание, что названия гидроксида, цианида и пероксида оканчиваются на -ид, хотя в них больше одного атома. Большинство названий на -ид относятся к одноатомным ионам, таким как хлорид (Cl⁻) и оксид (O²⁻), поэтому эти исключения стоит запомнить.

Закономерность -ат и -ит

Многие многоатомные ионы — оксоанионы: один элемент в соединении с кислородом. Когда элемент образует два таких иона с одним и тем же зарядом, ион с большим числом атомов кислорода оканчивается на -ат, а ион с одним атомом кислорода меньше — на -ит. Нитрат — NO₃⁻, а нитрит — NO₂⁻; сульфат — SO₄²⁻, а сульфит — SO₃²⁻. Заряд остаётся тем же; меняется только число атомов кислорода.

Хлор образует ряд из четырёх ионов, для чего добавляются две приставки. Пер- означает на один атом кислорода больше, чем в ионе на -ат, а гипо- — на один меньше, чем в ионе на -ит: перхлорат (ClO₄⁻), хлорат (ClO₃⁻), хлорит (ClO₂⁻) и гипохлорит (ClO⁻) — ион из бытового отбеливателя. Бром и иод подчиняются той же закономерности, как в бромате (BrO₃⁻), иодате (IO₃⁻) и периодате (IO₄⁻).

Присоединение водорода

Присоединение иона водорода (H⁺) к отрицательному многоатомному иону даёт новый ион, заряд которого на единицу менее отрицателен. Карбонат (CO₃²⁻) становится гидрокарбонатом (HCO₃⁻), который называют также бикарбонатом, а сульфат (SO₄²⁻) — гидросульфатом (HSO₄⁻). Фосфат может присоединить один или два: PO₄³⁻ становится гидрофосфатом (HPO₄²⁻), а затем дигидрофосфатом (H₂PO₄⁻).

Питьевая сода — это гидрокарбонат натрия NaHCO₃: один Na⁺ уравновешивает один HCO₃⁻.

Запись формул с многоатомными ионами

Чтобы записать формулу ионного соединения, объедините ионы так, чтобы суммарный заряд был равен нулю, и напишите положительный ион первым. Если нужно более одного многоатомного иона, возьмите его в скобки и запишите число после них. Никогда не меняйте индексы внутри иона, потому что получится другой ион.

Гидроксид натрия: Na⁺ и OH⁻ уравновешиваются 1:1, поэтому формула NaOH. Нитрат кальция: Ca²⁺ нужны два иона NO₃⁻, поэтому Ca(NO₃)₂. Сульфат аммония: два иона NH₄⁺ уравновешивают один SO₄²⁻, получаем (NH₄)₂SO₄. Сульфат алюминия: два иона Al³⁺ (в сумме +6) уравновешивают три иона SO₄²⁻ (в сумме −6), получаем Al₂(SO₄)₃.

Чтобы назвать соединение, назовите сначала отрицательный ион, а затем положительный. CaCO₃ — карбонат кальция, главное соединение в меле и известняке, а KMnO₄ — перманганат калия.