كيف تتشكل الكاتيونات؟

معظم الذرات والجزيئات التي نواجهها محايدة كهربائيًا ، لكن الأيونات تلعب دورًا مهمًا في الطبيعة. يمكن أن تكون هذه الذرات المشحونة كاتيونات موجبة الشحنة أو أنيونات سالبة الشحنة. تتشكل الكاتيونات والأنيونات بطرق مختلفة. بالنسبة للكاتيونات ، فإن فقدان الإلكترون يتركها بشحنة موجبة صافية ، بينما بالنسبة للأنيونات ، فإن إضافة الإلكترون تتركها بشحنة سالبة صافية. فهم العمليات الكامنة وراء ذلك ، بما في ذلك طاقة التأين وتقارب الإلكترون ذرات مختلفة ، تساعدك على معرفة سبب تحول ذرات معينة إلى أيونات بسهولة أكبر من غيرها وما الذي يسبب ذلك يحدث.

TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)

الكاتيونات عبارة عن أيونات موجبة الشحنة تتكون عندما تفقد الذرة إلكترونًا من خلال التأين. كمية الطاقة المطلوبة للقيام بذلك تسمى طاقة التأين

الأنيونات عبارة عن أيونات سالبة الشحنة تتكون عندما تكتسب الذرة إلكترونًا. تسمى الطاقة في هذه العملية تقارب الإلكترون.

تحتوي الذرات على ثلاثة مكونات رئيسية: البروتونات والإلكترونات والنيوترونات. النيوترونات متعادلة كهربائيًا ، وعلى الرغم من أنها تلعب دورًا مهمًا في الفيزياء النووية ، فإنها ليست ذات صلة بتكوين الأيونات لأنها لا تؤثر على شحنة الذرة الموجودة فيها. البروتونات مشحونة إيجابيا ، وتحتل النواة المركزية للذرة جنبا إلى جنب مع النيوترونات. الإلكترونات هي الجزء السالب الشحنة من الذرة ، وهي تحتل "سحابة" حول الجزء الخارجي من النواة. الإلكترونات والبروتونات لها شحنة متساوية ولكن معاكسة ، وفي الأشكال الطبيعية للعناصر ، هناك أعداد متساوية لكل منها في الذرة. هذا يعني أن العناصر محايدة كهربائيًا لأن الشحنات من البروتونات والإلكترونات تلغي بعضها البعض.

الأيون ذرة مشحونة. إذا اكتسبت الذرة إلكترونًا ، فإن الشحنة السالبة تفوق الشحنة الموجبة ، وتكتسب الذرة بأكملها شحنة سالبة. هذه الأيونات تسمى الأنيونات. إذا فقدت الذرة إلكترونًا ، فستكون هناك شحنة موجبة أكثر من الشحنة السالبة ، وتصبح الذرة ككل أيونًا موجب الشحنة. وهذا ما يسمى الكاتيون.

تتشكل الكاتيونات عندما تفقد ذرة محايدة إلكترونًا. المعادن عرضة لفقدان الإلكترونات نتيجة ترتيب الإلكترونات حول النواة. تحتل الإلكترونات مدارات مختلفة حول النواة ، ويمكن تصنيفها في مستويات طاقة مختلفة. يكون الإلكترون الموجود في المدار ذي مستوى الطاقة العالي بعيدًا عن النواة. تكون الذرات ذات مستوى الطاقة الخارجية الكامل مستقرة ، ولكن إذا كان هناك عدد قليل من الإلكترونات في مستوى الطاقة الخارجية ، فإنها تكون عرضة لفقدان الإلكترونات. الإلكترونات في مستويات الطاقة الكاملة "تحمي" الكثير من الشحنة الموجبة من النواة. نتيجة لذلك ، ترتبط الإلكترونات الخارجية بالنواة بشكل ضعيف.

تتشكل الكاتيونات من خلال عملية التأين عندما يتم إعطاء طاقة كافية للإلكترون (على سبيل المثال بواسطة ضوء طاقة عالية بما يكفي) لتجريده من جاذبية النواة. الطاقة المطلوبة للقيام بذلك تسمى طاقة التأين. تخبرك طاقة التأين الأولى مقدار الطاقة التي تحتاجها لإزالة إلكترون واحد ؛ تخبرك طاقة التأين الثانية بالمقدار المطلوب لإزالة الثانية ، وهكذا.

يمكنك حساب الشحنة على الأيون الناتج بناءً على مجموعة الجدول الدوري الذي يوجد فيه العنصر. على سبيل المثال ، يوجد الصوديوم في المجموعة 1 ، ويشكل كاتيونًا بشحنة +1. يقع المغنيسيوم في المجموعة 2 ، ويشكل كاتيونًا بشحنة +2 بعد فقدان إلكترونين للتأين. الألمنيوم موجود في المجموعة 3 ويشكل الكاتيون +3. لا تشكل عناصر المجموعة 4 أيونات ، وتشكل عناصر المجموعة الأعلى الأنيونات بدلاً من ذلك.

تتشكل الأنيونات بالعملية المعاكسة للكاتيونات. بدلاً من فقدان الإلكترون ، يمكن للذرات اللافلزية أن تكتسب إلكترونًا. هذا لأن مستوى طاقتهم الخارجية ممتلئ تقريبًا. يصف مصطلح تقارب الإلكترون ميل الذرات المحايدة لاكتساب الإلكترونات. مثل طاقة التأين ، لديها وحدات طاقة ، ولكن على عكس طاقة التأين ، لها قيمة سالبة لأنه يتم إطلاق الطاقة عند إضافة الإلكترونات ، بينما يتم امتصاصها عندما يتم امتصاص الإلكترونات إزالة.

بشكل عام ، العناصر في المجموعات الأعلى (تلك الموجودة على اليمين في الجدول الدوري) لها ارتباطات إلكترونية أعلى ، والعناصر الموجودة في صف أعلى من مجموعاتهم (باتجاه أعلى الجدول الدوري) تحتوي على إلكترون أعلى الصلات. يرتبط الانخفاض في تقارب الإلكترون وأنت تتحرك لأسفل في عمود معين بالمسافة المتزايدة بين الأصداف الخارجية والنواة ، وكذلك الحماية من الإلكترونات الأخرى في طاقة أقل المستويات. الزيادة في التقارب أثناء انتقالك من اليسار إلى اليمين لأن مستويات الطاقة تقترب من كونها مشغولة بالكامل.

بالنسبة للكاتيونات ، فإن مجموعة العنصر تخبرك بشحنة الأنيون المقابل. الشحنة الناتجة هي رقم المجموعة ناقص ثمانية. يشكل الكلور ، في المجموعة 7 ، أنيونًا بشحنة −1 ، ويشكل الأكسجين ، في المجموعة 6 ، كاتيونًا بشحنة −2.