Chapters 15/6 Ionic Bonding
15.1 Objectives
Use the periodic table to infer the numberof valence electrons in an atom and draw itselectron dot (Lewis dot) structure.
Describe formation of cations from metalsand anions from nonmetals
California StandardsCalifornia Standards
 1d. Students know how to use the periodic table todetermine the number of electrons available forbonding. 1d. Students know how to use the periodic table todetermine the number of electrons available forbonding.
 2e. Students know how to draw Lewis dot structures. 2e. Students know how to draw Lewis dot structures.
California StandardsCalifornia Standards
 1d. Students know how to use the periodic table todetermine the number of electrons available forbonding. 1d. Students know how to use the periodic table todetermine the number of electrons available forbonding.
 2e. Students know how to draw Lewis dot structures. 2e. Students know how to draw Lewis dot structures.
ValenceElectrons:ValenceElectrons:
Einsteinium.png
ELECTRONSAVAILABLEFORBONDINGELECTRONSAVAILABLEFORBONDING
(the red ones)(the red ones)
Valence ElectronsValence Electrons
Valence electrons are electrons in theoutmost shell (energy level). They are theelectrons available for bonding.
The number of valence electrons largelydetermines the chemical properties of thatelement.
For Groups 1A-7A, the number 1-7 is thenumber of valence electrons for that atom.
Group 0 is an exception – you can think of itas group 8A because all the noble gases(except He) have 8 valence electrons.
Periodic_Table.png
Group 1 (alkali metals) have 1valence electron
Group 1 (alkali metals) have 1valence electron
Periodic_Table.png
Group 2 (alkaline earth metals)have 2 valence electrons
Group 2 (alkaline earth metals)have 2 valence electrons
Periodic_Table.png
Group 13 elements have 3valence electrons
Group 13 elements have 3valence electrons
Periodic_Table.png
Group 14 elements have 4valence electrons
Group 14 elements have 4valence electrons
Periodic_Table.png
Group 15 elements have 5valence electrons
Group 15 elements have 5valence electrons
Periodic_Table.png
Group 16 elements have 6valence electrons
Group 16 elements have 6valence electrons
Periodic_Table.png
Group 17 (halogens) have 7valence electrons
Group 17 (halogens) have 7valence electrons
Periodic_Table.png
Group 18 (Noble gases) have 8valence electrons, excepthelium, which has only 2
Group 18 (Noble gases) have 8valence electrons, excepthelium, which has only 2
Periodic_Table.png
Transition metals (“d” block)have 1 or 2 valence e- .  Why?
Transition metals (“d” block)have 1 or 2 valence e- .  Why?
Periodic_Table.png
Lanthanides and actinides
(“f” block) have 1 or 2 valenceelectrons
Lanthanides and actinides
(“f” block) have 1 or 2 valenceelectrons
Valence Electrons
Valence electrons are usually the only e-used to bond to other atoms.
Therefore you usually only show the valencee- in electron dot structures.
Electron dot structures are diagrams thatshow valence e- as dots.
Generic Dot NotationGeneric Dot Notation
An atom’s valence electrons can be representedby electron dot (AKA Lewis dot) notations.
valence e-valence e-
X
valence e-valence e-
X
valence e-valence e-
X
valence e-valence e-
X
valence e-valence e-
X
valence e-valence e-
X
valence e-valence e-
X
valence e-valence e-
X
?
Dot Notations – Period 2Dot Notations – Period 2
Lewis dot notations for the valence electrons ofthe elements of Period 2.
lithiumlithium
Li
berylliumberyllium
Be
boronboron
B
carboncarbon
C
nitrogennitrogen
N
oxygenoxygen
O
fluorinefluorine
F
neonneon
Ne
Electron Dot Structures
Note how you draw two dots per side x four sides = 8dots maximum.
Note how each side gets one before any side gets two.
See how the number of dots is the same for eachelement within a group (column).
Octet Rule
The Octet Rule was created by Gilbert Lewis in1916.
That’s why these diagrams are sometimes calledLewis dot structures.
In forming compounds, atoms tend to achieve thee- configuration of a noble gas, 8 valence e-.
An octet is a set of 8.
Each noble gas (except He) has 8 valenceelectrons in their highest principle energy level,and the general configuration is ns2np6
  (like 2s22p6 or 3s23p6)
Metallic vs. Nonmetallic Elements
Atoms of the metallic elements (includingcolumn 1A and 2A) tend to lose their outershell valence e- so they can have a completeoctet at the next energy level down.
Atoms of nonmetallic elements tend to gain e-(steal e-) or share e- with another nonmetallicelement to achieve their complete octet.
There are exceptions but the octet ruleusually applies to most atoms in compounds.
Cations and Anions
If an atom loses a valence e-  =  cation
If an atom gains a valence e-  =  anion
Metals create cations because they start with 1 to 3e- and usually get all of the valence e- stolen so theycan get down to a full lower level octet.
Example: Sodium loses 1 e-
Before Na  1s2 2s2 2p6 3s1
After   Na+  1s2 2s2 2p6
(note the 8 e- in the n=2 shell)
Like      Ne  1s2 2s2 2p6
  (Neon has 8 e- in the n=2 shell)
The change is written as follows:
Na·           Na+  + e-
Cations
Cations of group 1A alkali metals +1
Cations of group 2A alkali metals +2
  ·Mg·           Mg2+ + 2e-
For transition metals, the charges on thecations may vary. Note the Roman Numeral.
Example:  Fe has two:  iron(II) or Fe2+
                                       iron(III) or Fe3+
Some atoms formed by transition metals donot have noble-gas electron configurationsand are therefore exceptions to the octetrule.
Exceptions
Example: Ag  Silver
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 5s1 4d10 (oddball)
Silver would have to lose 11 electrons to get downto noble gas Krypton’s configuration.  To gainenough e- to get to Xenon’s configuration, itwould have to gain 7 electrons.  Neither one islikely.
But if Ag loses its one 5selectron, then it has anouter shell with 18 e- (the 4 shell), which is a fullshell, and relatively favorable.
Therefore Ag always forms the Agcation.
Anions
Anions are atoms or groups with a negativecharge (extra electrons).
Atoms of nonmetallic elements have relativelyfull valence shells and are looking to steal e-to make their shells full.
Cl  1s2 2s2 2p6 3s2 3p5   neutral atom
Cl- 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6    anion
Ar 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6   now Cl- has Ar config.
 
Section 15.2 Ionic Bonding
California Standards
Students know atoms combine to formmolecules by sharing electrons to formcovalent or metallic bonds or byexchanging electrons to form ionic bonds.
  Students know salt crystals, such asNaCl, are repeating patterns of positiveand negative ions held together byelectrostatic attraction.
Ionic vs. Covalent Bonds
Bonds: Forces that hold groups of atoms
   together and make them function
   as a unit.
 Ionic bonds – transfer of electrons Ionic bonds – transfer of electrons
 Covalent bonds – sharing of electrons Covalent bonds – sharing of electrons
    (this will be Ch. 16)    (this will be Ch. 16)
Ionic Bonding
NaCl_formation.gif
Na: 1s22s22p63s1                      now Na+  1s22s22p6
Cl: 1s22s22p63s23p5          now Cl-   1s22s22p63s23p6
Aluminum has three valencee- to steal, and the Bromineatoms would each like tosteal one e-.
So the Aluminum atom givesup three electrons and theBromine atoms each receiveone.
Examples of Ionic Compounds
Mg2+Cl21-
Magnesium chloride: Magnesium losestwo electrons and each chlorine gainsone electron
Al23+S32-
Aluminum sulfide: Each aluminum losesthree electrons (six total) and eachsulfur gains two electrons (six total)
       Recall that anions end in –ide.
Sodium Chloride crystal lattice
Ionic compounds formsolid crystals at ordinarytemperatures.
Ionic compounds organizein a characteristic crystallattice of alternatingpositive and negative ions.
NaCl.gif
All salts are ionic compounds and form crystals.
Properties of Ionic Compounds
Two K atoms lose 1 e- each => One O atom gains 2 e-
3 Mg atoms lose x 2 e- each => 2 N atoms gain 3 e- each
Ch. 6 – Ionic Naming
The Laws of Definite and Multiple Proportions
The law of Definite Proportions states thatin samples of any chemical compound, themasses of the elements are always in thesame proportions.
The law of Multiple Proportions states thatwhenever two elements form more than onecompound, the different masses of oneelement that combine with the same mass ofthe other element are in the ratio of smallwhole numbers.
Ions of Representative Elements
Add – ide to anion name
Ions of metallic elements
Specific list of polyatomic ions you areaccountable to memorize for the test
-1 Ions
-2 Ions
-3 Ions
Name
Formula
Name
Formula
Name
Formula
Acetate
C2H3O2-1
Sulfite
SO3-2
Phosphate
PO4-3
Hydroxide
OH-1
Sulfate
SO4-2
Nitrate
NO3-1
Carbonate
CO3-2
Nitrite
NO2-1
Bicarbonate(hydrogencarbonate)
HCO3-1
 + 1 Ions
Ammonium
NH4+
Also know diatomic molecules:  I2   Br2   Cl2   F2  O2N2  H2   and also H2O, NH3  (ammonia), and CH4(methane)