การเรียกชื่อและเขียนสูตรสารประกอบไอออนิก

1. สารประกอบไอออนิก (Ionic Compounds)

   สารประกอบไอออนิกทุกชนิดประกอบด้วยโลหะ(metal) และอโลหะ (nonmetal) เช่น NaCl (ยกเว้น เกลือแอมโมเนียม เช่น NH₄Cl)  ซึ่งในการอ่านชื่อสารประกอบ

ไอออนิกนั้นจะต้องอ่านชื่อของไอออนบวก (cation) ก่อนแล้วตามด้วยไอออนลบ (anion) เช่น

                        Potassium   Sulfate

                     ชื่อไอออนบวก  ชื่อไอออนลบ

                     (cation name)(anion name)     

      ก่อนที่จะอ่านชื่อสารประกอบไอออนิกนั้น นักเรียนจำเป็นต้องสามารถเขียนและอ่านชื่อไอออนได้ไอออนที่ง่ายที่สุดคือ อะตอมเดี่ยว (monatomic) ซึ่ง ไอออนอะตอมเดี่ยว (monatomic ion)เป็นไอออนที่เกิดจากอะตอมเดี่ยว (single atom) ในตารางที่ 2.1 เป็นรายการของไอออนเดี่ยวธรรมดาของธาตุในหมู่หลัก (main-group elements) ซึ่งมีกฎในการอธิบายเกี่ยวกับประจุของไอออนเดี่ยวดังนี้

2. กฎในการอธิบายเกี่ยวกับประจุของไอออนเดี่ยว

     กฎการอธิบายเกี่ยวกับประจุของไอออนเดี่ยว ดังนี้

     2.1  ธาตุโลหะที่อยู่ในหมู่หลัก (main-group) เกือบทั้งหมด เป็นไอออนเดี่ยวที่มีประจุไฟฟ้าเป็นบวกเท่ากับเลขหมู่ของตารางธาตุ เช่น อลูมิเนียม อยู่ในหมู่ IIIA 

ซึ่งเป็นอะตอมเดี่ยว Al³⁺

2.2  ธาตุโลหะบางชนิดที่มีเลขอะตอมมาก ๆ  ยกเว้นที่กล่าวถึงในกฎของที่ 1  ธาตุเหล่านี้จะให้ไอออนธรรมดาที่มีประจุไฟฟ้าเป็นบวก และเท่ากับเลขของกลุ่ม

ลบด้วยสอง นอกจากนี้ยังมีไอออนบวกที่มีประจุไฟฟ้าเท่ากับเลขที่หมู่อีกด้วย เช่น ไอออนธรรมดา (common cations) ของตะกั่วคือ Pb²⁺(เลขที่ของหมู่คือ 4 ประจุไฟฟ้าจึงเท่ากับ 4-2) นอกจากนี้ในสารประกอบบางชนิดประกอบด้วย Pb²⁺บางชนิดประกอบด้วย Pb⁴⁺

ตารางที่ 2.1  ไอออนเดี่ยวธรรมดาของธาตุหมู่หลัก

ที่มา  :  Ebbing and Gammon (1999 : 65)

2.3  ธาตุแทรนซิชันเกือบทุกชนิดเกิดเป็นไอออนบวกได้มากกว่า 1 ชนิด  แต่ละชนิดจะมีประจุไฟฟ้าแตกต่างกัน  และเกือบทุกธาตุมีจะมี  1 ไอออนที่มีประจุไฟฟ้าเป็น +2  เช่น เหล็กมีไอออนธรรมดา เป็น Fe²⁺ และ Fe³⁺  ทองแดงก็มีไอออนธรรมดา เป็น Cu⁺ และ Cu²⁺

     2.4 ไอออนเดี่ยว ที่มีประจุไฟฟ้าเป็นลบของธาตุอโลหะในหมู่หลัก จะเท่ากับเลขหมู่ลบด้วย 8  เช่น ออกซิเจนมีไอออนเดี่ยว เป็น O^2- (เลขที่หมู่คือ 6 ดังนั้นประจุของไอออนจึงเป็น 6-8)      

        นอกจากนี้ สูตรของไอออนเดี่ยว  เขียนได้โดย เขียนสัญลักษณ์ของธาตุนั้น แล้วเขียนประจุไฟฟ้าไว้ทางมุมขวาบนของสัญลักษณ์  โดยตัวเลขที่บอกขนาดให้เขียนไว้ข้างหน้าของประจุ + หรือ –  โดยถ้าประจุไอออนเป็น +1 หรือ -1  ก็ให้ละไว้

ไม่ต้องเขียนเลข 1

3. กฎสำหรับการอ่านชื่อไอออนเดี่ยว

     กฎสำหรับการอ่านชื่อไอออนเดี่ยวไว้ดังนี้

     3.1 ชื่อของไอออนเดี่ยว ที่มีประจุไฟฟ้าเป็นบวก (cations) จะเรียกตามชื่อของธาตุ  ถ้ามีเพียงไอออนเดียว เช่น Al³⁺ จะเรียกว่า อะลูมิเนียมไอออน (aluminium ion) , Na⁺ จะเรียกว่า โซเดียมไอออน (sodium ion)

     3.2 ถ้าไอออนบวกของธาตุใด มีประจุมากกว่า 1 ชนิด ให้ระบุไอออนนั้นด้วย   เลขโรมัน ตามประจุของไอออนนั้น เช่น Fe²⁺  เรียกว่าไอร์ออน (II) ไอออน และ Fe³⁺ เรียกว่า ไอร์ออน (III)ไอออน

กรณีที่ชื่อธาตุนั้นมาจากภาษลาติน  ตามระบบของการเรียกชื่อ (nomenclature) แล้วจะต้องเติมคำว่า “-อัส” (-ous) และ “-อิก” (-ic) ต่อท้ายในชื่อหลัก เพื่อระบุให้ทราบว่าไอออนนั้นมี ประจุต่ำกว่า (lowercharge) และ มีประจุสูงกว่า (higher charge) ตามลำดับ เช่น Fe²⁺ จะเรียกว่า เฟอร์รัสไอออน (ferrous ion) ; Fe³⁺ จะเรียกว่า เฟอร์ริกไอออน(ferric ion)   Cu⁺ จะเรียกว่า คิวปรัสไอออน (cuprous ion) ;  และ Cu²⁺ จะเรียกว่า คิวปริกไอออน (cupric ion)

     ตารางที่ 2.2 เป็นรายการของไอออนบวกธรรมดา ของธาตุแทรนซิชันบางธาตุ

ซึ่งเกือบทั้งหมดของธาตุเหล่านี้จะมีไอออนมากกว่า 1 ชนิด ดังนั้นจึงต้องมีการระบุชนิดของประจุด้วยเลขโรมัน  มีเพียงไม่กี่ธาตุที่มีไอออนชนิดเดียว เช่น สังกะสี

มีไอออนชนิดเดียว ดังนั้นจึงเขียนตามชื่อของโลหะตามปกติซึ่งไม่ผิด แต่อย่างไรก็ตามเวลาอ่านชื่อของ Zn²⁺ ก็ให้อ่านเป็น ซิงค์ (II) ไอออน

     3.3 ชื่อของไอออนเดี่ยว ที่มีประจุไฟฟ้าเป็นลบ (anions) จะอ่านตามชื่อหลักของธาตุ แล้วต่อท้ายด้วยคำว่า “-ไอด์” (-ide) เช่น Br^- จะอ่านว่า โบรไมด์ไอออน (bromide ion) ซึ่งเกิดจากชื่อหลัก คือโบรม- (brom-) สำหรับ โบรมีน (bromine) และต่อท้ายด้วยคำว่า –ไอด์

ตารางที่ 2.2 แสดงรายการของไอออนบวกธรรมดา ของธาตุแทรนซิชันบางธาตุ

ที่มา  :  Ebbing and Gammon (1999 : 66)

4. ไอออนที่มีหลายอะตอม (polyatomic ion)         คือ ไอออนที่มีสองอะตอมหรือมากกว่าสองอะตอมเกิดพันธะเคมีกัน แล้วมีประจุไฟฟ้าเกิดขึ้น  ในตารางที่ 2.3

เป็นรายการของไอออนที่มีหลายอะตอม  สำหรับสองรายการแรกนั้นเป็นไอออนบวก (Hg₂⁺ และ NH₄⁺) นอกนั้นเป็นไอออนลบ สำหรับการเขียนสูตรของไอออนเหล่านี้ค่อนข้างจะซับซ้อน ซึ่งมีแนวทางดังนี้

     4.1  ไอออนเกือบทั้งหมดในตารางที่ 2.3  เป็นพวก ออกโซแอนไอออน (oxoanions) หรือบางทีก็เรียกว่า ออกซีแอนไอออน(oxyanions) ซึ่งมีออกซิเจนต่ออยู่กับอีกธาตุหนึ่ง  (เราเรียกอะตอมที่ออกซิเจนมาต่อด้วยนี้ว่าอะตอมกลาง) เช่น กำมะถัน (Sulfur) เกิดเป็นสารพวกออกโซแอนไอออนที่มีชื่อว่าซัลเฟต ไอออน (sulfate ion, SO₄^2-)  และซัลไฟต์ไอออน (sulfite ion, SO₃^2-)

ตารางที่ 2.3  แสดงรายการของไอออนที่มีหลายอะตอมบางชนิด

ที่มา  :  Ebbing and Gammon (1999 : 67)

4.2 การอ่านชื่อของ ออกโซแอนไอออน ตามคุณลักษณะของธาตุ และต่อท้ายด้วยคำว่า “-เอต” (-ate) หรือ “-ไอต์” (-ite) นี้  ข้อสังเกตที่น่าสนใจก็คือ คำที่นำมาต่อท้ายนี้จะมีความสัมพันธ์กับจำนวนอะตอมของออกซิเจนในออกโซแอนไอออน  กล่าวคือ ชื่อของออกโซแอนไอออนที่มีจำนวนอะตอมของออกซิเจนมากกว่า จะต่อท้ายด้วยคำว่า –เอต  และชื่อของ ออกโซแอนไอออนที่มีจำนวนอะตอมของออกซิเจนน้อยกว่าจะต่อท้ายด้วยคำว่า –ไอต์ เช่น SO₃^2- จะอ่านว่า ซัลไฟต์ไอออน และ SO₄^2-  จะอ่านว่า ซัลเฟตไอออน และตัวอย่างอื่น ๆ เป็น ออกโซแอนไอออน

ของไนโตรเจนในตาราง 2.3

        NO₂^-  อ่านว่า  nitrite  ion    ในขณะที่   NO₃^- อ่านว่า   nitrate  ion

     โชคไม่ดีที่คำต่อท้ายไม่ได้บอกจำนวนอะตอมที่แท้จริงของออกซิเจนในออกโซแอนไอออน แต่จะมีความสัมพันธ์กับจำนวนออกซิเจนเท่านั้น  อย่างไรก็ตามถ้ากำหนดสูตรของไอออนลบมาให้สองสูตรก็สามารถบอกชื่อของไอออนลบนั้นได้

     4.3 ในบางกรณี คำว่า –ไอต์ และ –เอต ไม่เพียงพอในการบอกคุณลักษณะของธาตุ เช่น ออกโซแอนไอออนของคลอรีน ในตาราง 2.3 ได้แก่ ClO^-, ClO₂^- , ClO₃^- , and ClO₄^-  ในกรณีนี้ จะเติมคำเข้าไปหน้าชื่อหลัก (prefixes) เช่น hypo- (ไฮโป-) และ per- (เปอร์-) ถูกใส่เข้าไปเพื่อช่วยขยายความหมายของออกโซแอนไอออน

สองตัวที่มีออกซิเจนแตกต่างกัน ให้ชัดเจนมากขึ้น และสำหรับออกโซแอนไอออน สองตัวที่มีจำนวนออกซิเจนน้อยที่สุดคือ ClO^- and ClO₂^- ชื่อของทั้งสองไอออนจะมีคำว่า –ไอต์(-ite) ต่อท้ายโดยไอออนที่มีออกซิเจนน้อยกว่าจะใส่คำว่า  ไฮโป (hypo-) เข้าไปข้างหน้าด้วย ดังนี้

ClO^-   hypochlorite  ion

ClO₂^- chlorite  ion

     ส่วนออกโซแอนไอออนสองตัวที่มีออกซิเจนมากที่สุด (ClO₃^- , and ClO₄^- ) ชื่อของสองไอออนนี้จะใส่คำว่า –เอต (-ate) ต่อท้ายชื่อหลักเหมือนกัน  และจะมีคำว่า เปอร์- (per-) เติมเข้าไปข้างหน้าสำหรับไอออนที่จำนวนออกซิเจนมากกว่า ดังนี้

                        ClO₃^- chlorate ion

                        ClO₄^- perchlorate ion

     4.4  ไอออนที่มีหลายอะตอม บางไอออน ในตาราง 2.3 เป็น ออกโซแอนไอออน

ที่มีการเกิดพันธะกับไฮโดรเจนไอออน (H⁺) หนึ่ง หรือมากกว่าหนึ่ง ไอออน ซึ่งบางครั้งออกโซแอนไอออนเหล่านี้ถูกเรียกว่าเป็นกรดที่มีไอออนลบ (acid anions) เพราะ

กรดคือสารที่ให้ H⁺ เช่น โมโนไฮโดรเจนฟอสเฟต ไอออน (monohydrogen phosphate ion ; HPO₄^2-) จะมี ฟอสเฟตไอออน (PO₄^3-) เกิดพันธะกับ ไฮโดรเจนไอออน (H⁺) คำว่า โมโน- (mono-) มาจากภาษากรีก ที่แปลว่า“หนึ่ง”(one)

กรณีคล้าย ๆ  ได- (di-) ก็มาจากภาษากรีก ที่แปลว่า “สอง” (two) ดังนั้น

ไดไฮโดรเจนฟอสเฟตไอออน ก็คือ มีฟอสเฟตไอออน เกิดพันธะกับไฮโดรเจนไอออน

2 ไอออน อย่างไรก็ตามมีบางไอออนยังใช้วิธีเรียกแบบเดิม เช่น ไฮโดรเจนคาร์บอเนตไอออน (hydrogen carbonate ions) และ ไฮโดรเจนซัลเฟตไอออน (hydrogen

sulfate ions) จะเรียกว่าไบคาร์บอเนต (bicarbonate) และไบซัลเฟต (bisulfate) ตามลำดับ

4.5 ไอออนลบกลุ่มสุดท้าย ในตาราง 2.3 คือ ไธโอซัลเฟตไอออน (S₂O₃^2-) คำว่า

ไธโอ- (thio-) มีความหมายว่า ออกซิเจนใน (SO₄^2-) ถูกแทนที่ด้วยอะตอมของกำมะถัน

5.  การอ่านชื่อของสารประกอบไอออนิก

     เมื่อโลหะเช่น โซเดียม รวมกับอโลหะ เช่น คลอรีน จะมีสารประกอบเกิดขึ้น

ซึ่งเป็นสารประกอบที่ประกอบด้วยไอออน  โดยโลหะจะเสียหนึ่งหรือมากกว่าหนึ่งอิเล็กตรอน กลายเป็นไอออนบวก และอโลหะจะรับหนึ่งหรือมากกว่าหนึ่งอิเล็กตรอนเกิดเป็นไอออนลบ ทำให้ได้สารที่เรียกว่าสารประกอบไอออนคู่ (binary ionic compound) สารประกอบไอออนคู่จะประกอบด้วยไอออนบวก (cation) ซึ่งปกติแล้วจะเขียนไว้หน้าสูตร แล้วตามด้วยไอออนลบ (anion) ดังนั้นชื่อของสารประกอบจึงเรียกตามชื่อของไอออนและถ้าใช้ไอออนบวกของโลหะเป็นเกณฑ์แล้ว สามารถแบ่งสารประกอบไอออนคู่ ได้สองชนิดคือ 1) เป็นสารประกอบที่มีโลหะเกิดเป็นไอออนบวกเพียงชนิดเดียว 2) เป็นสารประกอบที่มีโลหะเกิดเป็นไอออนบวกสองหรือมากกว่าสองชนิดที่แตกต่างกัน

     5.1 สารประกอบไอออนิกชนิดที่ 1 มีกฎการเรียกชื่อดังนี้

          5.1.1  ปกติจะเรียกชื่อของไอออนบวกก่อน แล้วตามด้วยไอออนลบ

          5.1.2  ไอออนบวก (ที่เกิดจากอะตอมเดี่ยว) ถูกตั้งชื่อจากชื่อของธาตุ เช่น Na⁺ ถูกเรียกว่า โซเดียมในการเรียกชื่อสารประกอบที่มีไอออนนั้นเป็นองค์ประกอบ

        5.1.3  ไอออนลบ (ที่เกิดจากอะตอมเดี่ยว) ถูกตั้งชื่อโดยเรียกส่วนแรกของชื่อธาตุ แล้วเติมคำว่า  –ไอด์ (-ide) ต่อท้าย ดังนั้น Cl^- จึงถูกเรียกว่า คลอไรด์

เพื่อให้เกิดความชัดเจนในการเรียกชื่อตามกฎนี้ จะยกตัวอย่างการเรียกชื่อสารประกอบบางชนิด เช่น NaI  มีชื่อว่า โซเดียมไอโอไดด์ (Sodium iodide) ประกอบด้วย Na⁺ (โซเดียมไอออน) และ I^- (ไอโอไดด์ไออน) กรณีคล้าย ๆ กัน สารประกอบ CaO ถูกเรียกว่า แคลเซียมออกไซด์ (calcium oxide) เพราะประกอบด้วย Ca²⁺ (แคลเซียมไอออน) และ O^2-(ออกไซด์ไอออน)

          เพื่อให้เกิดความชัดเจน เกี่ยวกับกฎการอ่านชื่อสารประกอบไอออนคู่ (binary compound)ให้พิจารณาตัวอย่างดังตารางที่ 2.4

ตารางที่ 2.4  ชื่อสารประกอบไอออนคู่บางชนิด

ที่มา :  Zumdahl (2004 : 126)

ข้อสังเกต เกี่ยวกับสูตรของสารประกอบไอออนิก ก็คือไอออนเดี่ยวถูกนำเสนอด้วยสัญลักษณ์ธาตุ เช่น Cl จะหมายถึง Cl^-,  Na จะหมายถึง Na⁺  อย่างไรก็ตามเมื่อแต่ละไอออนถูกแสดง จะมีการนำเสนอประจุของไอออนด้วย  ดังนั้นสูตรของโพแทสเซียมโบรไมด์จึงเขียนได้เป็น KBr แต่เมื่อโพแทสเซียม และโบรไมด์ไอออนแสดงแยกกันต่างหาก และเขียนเป็น K⁺ และ Br^-       

           ตัวอย่างที่ 2.1  จงเขียนชื่อของสารประกอบชนิดอะตอมคู่ จากสูตรที่กำหนดให้ต่อไปนี้

                        a.  CsF               b.  AlCl₃             c.  MgI₂

           วิธีทำ  เราจะเรียกชื่อสารประกอบดังกล่าวตามระบบต่อไปนี้

                a.  CsF

                        ขั้นที่ 1  พิจารณาหาไอออนบวก และไอออนลบ  ซึ่ง Cs เป็นธาตุในหมู่ที่ 1  จึงเกิดเป็นไอออนที่มีประจุไฟฟ้า เป็น 1+ หรือ Cs⁺   และเพราะ F เป็นธาตุในหมู่ 7 จึงเกิดเป็นไอออนที่มีประจุไฟฟ้าเป็น 1- หรือ F^- 

                        ขั้นที่ 2  การอ่านชื่อของไอออนบวก,  Cs⁺ จะเรียกว่า ซีเซียม ซึ่งจะเรียกเหมือนกับชื่อของธาตุซีเซียม

                        ขั้นที่ 3  การอ่านชื่อของไอออนลบ, F^-  จะถูกเรียกว่า ฟลูออไรด์ ซึ่งเป็นชื่อของธาตุฟลูออรีนที่มีการเติมคำว่า–ไอด์ (-ide) เข้าไปในตอนท้ายของชื่อธาตุ

                        ขั้นที่ 4  การอ่านชื่อของสารประกอบ ปฏิบัติโดยการรวมชื่อของแต่ละไอออนเข้าด้วยกัน ดังนั้นชื่อของ CsF จึงเป็น ซีเซียมฟลูออไรด์

(ข้อควรจำ ชื่อของไอออนบวกจะถูกอ่านก่อน)