Conţinut
Majoritatea atomilor și moleculelor pe care le întâlnim sunt neutre din punct de vedere electric, dar ionii joacă un rol important în natură. Acești atomi încărcați pot fi cationi încărcați pozitiv sau anioni încărcați negativ. Cationii și anionii se formează în moduri diferite. Pentru cationi, pierderea unui electron îi lasă cu o sarcină netă pozitivă, în timp ce pentru anioni, adăugarea unui electron îi lasă cu o sarcină negativă netă. Înțelegerea proceselor din spatele acesteia, inclusiv energia de ionizare și afinitatea electronilor diferiți atomi, vă ajută să vedeți de ce anumiți atomi devin ioni mai ușor decât alții și ce anume provoacă.
TL; DR (Prea lung; nu a citit)
Cationii sunt ioni încărcați pozitiv, formați atunci când un atom pierde un electron prin ionizare. Cantitatea de energie necesară pentru a face acest lucru se numește energie de ionizare
Anionii sunt ioni încărcați negativ, formați atunci când un atom câștigă un electron. Energia în acest proces se numește afinitatea electronilor.
Ce este un Ion?
Atomii au trei componente principale: protoni, electroni și neutroni. Neutronii sunt neutri din punct de vedere electric și, deși joacă un rol important în fizica nucleară, nu sunt relevanți pentru formarea ionilor, deoarece nu afectează încărcarea atomului în care se află. Protonii sunt încărcați pozitiv și ocupă nucleul central al atomului împreună cu neutronii. Electronii sunt partea încărcată negativ a atomului și ocupă un „nor” în jurul exteriorului nucleului. Electronii și protonii au sarcini egale, dar opuse, iar în formele naturale ale elementelor, există un număr egal al fiecăruia dintr-un atom. Acest lucru înseamnă că elementele sunt neutre din punct de vedere electric, deoarece sarcinile protonilor și electronilor se anulează reciproc.
Un ion este un atom încărcat.Dacă un atom câștigă un electron, sarcina negativă depășește sarcina pozitivă și întregul atom câștigă o sarcină negativă. Acești ioni sunt numiți anioni. Dacă atomul pierde un electron, atunci există mai multă încărcare pozitivă decât sarcina negativă, iar atomul în ansamblu devine un ion încărcat pozitiv. Aceasta se numește cation.
Cum sunt formate cationii?
Cationii se formează atunci când un atom neutru pierde un electron. Metalele sunt predispuse la pierderea electronilor ca urmare a aranjării electronilor în jurul nucleului. Electronii ocupă orbitali diferiți în jurul nucleului și aceștia pot fi grupați în niveluri de energie diferite. Un electron dintr-un orbital cu un nivel ridicat de energie este mai departe de nucleu. Atomii cu un nivel de energie externă complet sunt stabili, dar dacă există un număr mic de electroni în nivelul energiei exterioare, sunt predispuși să piardă electroni. Electronii din nivelurile de energie complete „protejează” o mare parte din încărcarea pozitivă din nucleu. Ca urmare, electronii exteriori sunt doar slab legați de nucleu.
Cationii se formează prin procesul de ionizare atunci când se acordă suficientă energie electronului (prin lumina cu o energie suficient de mare, de exemplu) pentru a-l îndepărta de atracția nucleului. Energia necesară pentru a face acest lucru se numește energie de ionizare. Prima energie de ionizare vă spune câtă energie aveți nevoie pentru a elimina un electron; a doua energie de ionizare vă spune cât de mult este necesară pentru a elimina cea de-a doua și așa mai departe.
Puteți calcula sarcina pe ionul rezultat pe baza grupului tabelului periodic în care este elementul. De exemplu, sodiul este în grupa 1 și formează un cation cu o sarcină +1. Magneziul este în grupa 2 și formează un cation cu o sarcină +2 după ce a pierdut doi electroni la ionizare. Aluminiul este în grupa 3 și formează un cation +3. Elementele din grupul 4 nu formează ioni, iar elementele grupului superior formează anioni în schimb.
Cum se formează anionii?
Anionii se formează prin procesul opus cationilor. În loc să piardă un electron, atomii nemetalici pot câștiga un electron. Acest lucru se datorează faptului că nivelul lor de energie externă este aproape complet. Termenul afinitate a electronilor descrie tendința atomilor neutri de a câștiga electroni. La fel ca energia de ionizare, are unități de energie, dar spre deosebire de energia de ionizare, aceasta are o valoare negativă, deoarece energia este eliberată când se adaugă electroni, în timp ce este absorbită când se elimină electronii.
În general, elementele din grupele superioare (cele aflate mai la dreapta în tabelul periodic) au afinități mai mari de electroni, iar elementele dintr-un rând superior al grupurilor lor (mai departe spre partea de sus a tabelului periodic) au afinități mai mari de electroni. Scăderea afinității electronilor pe măsură ce coborâți pe o anumită coloană este legată de distanța crescută între învelișurile exterioare și nucleu, precum și de ecranarea de ceilalți electroni în niveluri de energie mai mici. Creșterea afinității pe măsură ce treceți de la stânga la dreapta se datorează faptului că nivelurile de energie se apropie mai mult de a fi ocupate pe deplin.
În ceea ce privește cationii, grupul elementului vă spune ce sarcină va fi anionul corespunzător. Taxa rezultată este numărul grupului minus opt. Clorul, în grupul 7, formează un anion cu o sarcină -1, iar oxigenul, în grupul 6, formează un cation cu o încărcare -2.