Většina atomů a molekul, se kterými se setkáváme, je elektricky neutrální, ale ionty hrají v přírodě důležitou roli. Tyto nabité atomy mohou být kladně nabité kationty nebo záporně nabité anionty. Kationty a anionty se tvoří různými způsoby. U kationů ztráta elektronu zanechává čistý kladný náboj, zatímco u anionů je přidání elektronu ponechává čistým záporným nábojem. Pochopení procesů za tím, včetně ionizační energie a elektronové afinity různé atomy, vám pomůže zjistit, proč se určité atomy stávají ionty snadněji než jiné a co to způsobuje přihodit se.
TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)
Kationty jsou kladně nabité ionty, které vznikají, když atom ztratí elektron ionizací. Množství energie potřebné k tomu se nazývá ionizační energie
Aniony jsou záporně nabité ionty, které vznikají, když atom získá elektron. Energie v tomto procesu se nazývá elektronová afinita.
Co je to iont?
Atomy mají tři hlavní složky: protony, elektrony a neutrony. Neutrony jsou elektricky neutrální ai když hrají důležitou roli v jaderné fyzice, jsou nejsou relevantní pro vznik iontů, protože nemají vliv na náboj atomu, ve kterém se nacházejí. Protony jsou kladně nabité a zabírají centrální jádro atomu spolu s neutrony. Elektrony jsou záporně nabitou částí atomu a zaujímají „mrak“ kolem vnějšku jádra. Elektrony a protony mají stejné, ale opačné náboje a v přirozených formách prvků jsou v atomu stejné počty. To znamená, že prvky jsou elektricky neutrální, protože náboje z protonů a elektronů se navzájem ruší.
Ion je nabitý atom. Pokud atom získá elektron, záporný náboj převáží kladný náboj a celý atom získá záporný náboj. Tyto ionty se nazývají anionty. Pokud atom ztratí elektron, pak existuje více kladného náboje než záporného náboje a z atomu jako celku se stane kladně nabitý iont. Tomu se říká kation.
Jak se tvoří kationy?
Kationty se tvoří, když neutrální atom ztratí elektron. Kovy jsou náchylné ke ztrátě elektronů v důsledku uspořádání elektronů kolem jádra. Elektrony obsadí různé orbitaly kolem jádra a ty lze seskupit do různých energetických úrovní. Elektron na oběžné dráze s vysokou úrovní energie je dále od jádra. Atomy s plnou úrovní vnější energie jsou stabilní, ale pokud je na úrovni vnější energie malý počet elektronů, jsou náchylné ke ztrátě elektronů. Elektrony v plné energetické úrovni „chrání“ velký kladný náboj z jádra. Výsledkem je, že vnější elektrony jsou k jádru vázány jen slabě.
Kationty vznikají procesem ionizace, když je elektronu dodána dostatečná energie (například světlem o dostatečně vysoké energii), aby jej odstranila z přitažlivosti jádra. Energie potřebná k tomu se nazývá ionizační energie. První ionizační energie vám řekne, kolik energie potřebujete k odstranění jednoho elektronu; druhá ionizační energie vám řekne, kolik je potřeba k odstranění druhé a tak dále.
Můžete vypočítat náboj na výsledném iontu na základě skupiny periodické tabulky, ve které je prvek. Například sodík je ve skupině 1 a tvoří kation s nábojem +1. Hořčík je ve skupině 2 a po ztrátě dvou elektronů ionizací tvoří kation s nábojem +2. Hliník je ve skupině 3 a tvoří kation +3. Prvky skupiny 4 netvoří ionty a prvky vyšší skupiny místo nich tvoří anionty.
Jak se tvoří anionty?
Anionty se tvoří opačným procesem než kationty. Místo ztráty elektronu mohou nekovové atomy získat elektron. Je to proto, že jejich úroveň vnější energie je téměř plná. Termín elektronová afinita popisuje tendenci neutrálních atomů získávat elektrony. Stejně jako ionizační energie má energetické jednotky, ale na rozdíl od ionizační energie má zápornou hodnotu protože energie se uvolňuje, když jsou přidávány elektrony, zatímco je absorbována, když jsou elektrony odstraněn.
Obecně platí, že prvky ve vyšších skupinách (ty, které jsou vpravo od periodické tabulky) mají vyšší elektronové afinity, a prvky ve vyšší řadě jejich skupin (dále směrem k horní části periodické tabulky) mají vyšší elektron spřízněnosti. Pokles afinity elektronů při pohybu dolů v daném sloupci souvisí se zvětšenou vzdáleností mezi vnějšími skořápkami a jádrem, stejně jako stínění před ostatními elektrony s nižší energií úrovně. Zvýšení afinity při pohybu zleva doprava je způsobeno tím, že energetické úrovně se blíží plné obsazenosti.
Pokud jde o kationty, skupina prvku vám říká, jaký náboj bude odpovídající anion. Výsledný poplatek je číslo skupiny minus osm. Chlor ve skupině 7 tvoří aniont s nábojem −1 a kyslík ve skupině 6 tvoří kation s nábojem −2.
