Τα περισσότερα άτομα και μόρια που συναντάμε είναι ηλεκτρικά ουδέτερα, αλλά τα ιόντα παίζουν σημαντικό ρόλο στη φύση. Αυτά τα φορτισμένα άτομα μπορεί να είναι θετικά φορτισμένα κατιόντα ή αρνητικά φορτισμένα ανιόντα. Τα κατιόντα και τα ανιόντα σχηματίζονται με διαφορετικούς τρόπους. Για κατιόντα, η απώλεια ενός ηλεκτρονίου τα αφήνει με καθαρό θετικό φορτίο, ενώ για τα ανιόντα, η προσθήκη ενός ηλεκτρονίου τα αφήνει με καθαρό αρνητικό φορτίο. Κατανόηση των διαδικασιών πίσω από αυτό, συμπεριλαμβανομένης της ενέργειας ιονισμού και της συγγένειας ηλεκτρονίων του διαφορετικά άτομα, σας βοηθούν να δείτε γιατί ορισμένα άτομα γίνονται ιόντα πιο εύκολα από άλλα και τι το προκαλεί συμβεί.
TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)
Τα κατιόντα είναι θετικά φορτισμένα ιόντα που σχηματίζονται όταν ένα άτομο χάνει ένα ηλεκτρόνιο μέσω ιονισμού. Η ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για να γίνει αυτό ονομάζεται ενέργεια ιονισμού
Τα ανιόντα είναι αρνητικά φορτισμένα ιόντα που σχηματίζονται όταν ένα άτομο αποκτά ένα ηλεκτρόνιο. Η ενέργεια σε αυτή τη διαδικασία ονομάζεται συγγένεια ηλεκτρονίων.
Τι είναι ένα ιόν;
Τα άτομα έχουν τρία κύρια συστατικά: πρωτόνια, ηλεκτρόνια και νετρόνια. Τα νετρόνια είναι ηλεκτρικά ουδέτερα και παρόλο που παίζουν σημαντικό ρόλο στην πυρηνική φυσική, αυτοί δεν σχετίζονται με το σχηματισμό ιόντων επειδή δεν επηρεάζουν τη φόρτιση του ατόμου στο οποίο βρίσκονται. Τα πρωτόνια φορτίζονται θετικά και καταλαμβάνουν τον κεντρικό πυρήνα του ατόμου μαζί με τα νετρόνια. Τα ηλεκτρόνια είναι το αρνητικά φορτισμένο μέρος του ατόμου και καταλαμβάνουν ένα "σύννεφο" γύρω από το εξωτερικό του πυρήνα. Τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια έχουν ίσα αλλά αντίθετα φορτία, και στις φυσικές μορφές των στοιχείων, υπάρχουν ίσοι αριθμοί το καθένα σε ένα άτομο. Αυτό σημαίνει ότι τα στοιχεία είναι ηλεκτρικά ουδέτερα επειδή τα φορτία από τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια ακυρώνουν το ένα το άλλο.
Ένα ιόν είναι ένα φορτισμένο άτομο. Εάν ένα άτομο κερδίσει ένα ηλεκτρόνιο, το αρνητικό φορτίο υπερβαίνει το θετικό φορτίο και ολόκληρο το άτομο κερδίζει ένα αρνητικό φορτίο. Αυτά τα ιόντα ονομάζονται ανιόντα. Εάν το άτομο χάσει ένα ηλεκτρόνιο, τότε υπάρχει πιο θετικό φορτίο από το αρνητικό φορτίο και το άτομο ως σύνολο γίνεται θετικά φορτισμένο ιόν. Αυτό ονομάζεται κατιόν.
Πώς σχηματίζονται τα κατιόντα;
Τα κατιόντα σχηματίζονται όταν ένα ουδέτερο άτομο χάνει ένα ηλεκτρόνιο. Τα μέταλλα είναι επιρρεπή σε απώλεια ηλεκτρονίων ως αποτέλεσμα της διάταξης ηλεκτρονίων γύρω από τον πυρήνα. Τα ηλεκτρόνια καταλαμβάνουν διαφορετικά τροχιακά γύρω από τον πυρήνα και αυτά μπορούν να ομαδοποιηθούν σε διαφορετικά επίπεδα ενέργειας. Ένα ηλεκτρόνιο σε τροχιακό με υψηλό επίπεδο ενέργειας βρίσκεται πιο μακριά από τον πυρήνα. Τα άτομα με πλήρες εξωτερικό επίπεδο ενέργειας είναι σταθερά, αλλά εάν υπάρχει ένας μικρός αριθμός ηλεκτρονίων στο εξωτερικό επίπεδο ενέργειας, είναι επιρρεπείς σε απώλεια ηλεκτρονίων. Τα ηλεκτρόνια σε πλήρη ενεργειακά επίπεδα «προστατεύουν» μεγάλο μέρος του θετικού φορτίου από τον πυρήνα. Ως αποτέλεσμα, τα εξωτερικά ηλεκτρόνια συνδέονται ασθενώς μόνο στον πυρήνα.
Τα κατιόντα σχηματίζονται από τη διαδικασία ιονισμού όταν δίνεται επαρκής ενέργεια στο ηλεκτρόνιο (για παράδειγμα, με φως αρκετά υψηλής ενέργειας) για να το απομακρύνει από την έλξη του πυρήνα. Η ενέργεια που απαιτείται για να γίνει αυτό ονομάζεται ενέργεια ιονισμού. Η πρώτη ενέργεια ιονισμού σας λέει πόση ενέργεια χρειάζεστε για να αφαιρέσετε ένα ηλεκτρόνιο. η δεύτερη ενέργεια ιονισμού σας λέει πόσο απαιτείται για να αφαιρέσετε το δεύτερο και ούτω καθεξής.
Μπορείτε να υπολογίσετε τη φόρτιση στο προκύπτον ιόν με βάση την ομάδα του περιοδικού πίνακα στο οποίο βρίσκεται το στοιχείο. Για παράδειγμα, το νάτριο είναι στην ομάδα 1 και σχηματίζει κατιόν με φορτίο +1. Το μαγνήσιο βρίσκεται στην ομάδα 2 και σχηματίζει κατιόν με φορτίο +2 αφού χάσει δύο ηλεκτρόνια σε ιονισμό. Το αλουμίνιο βρίσκεται στην ομάδα 3 και σχηματίζει κατιόν +3. Τα στοιχεία της ομάδας 4 δεν σχηματίζουν ιόντα και τα στοιχεία υψηλότερης ομάδας σχηματίζουν ανιόντα.
Πώς σχηματίζονται τα ανιόντα;
Τα ανιόντα σχηματίζονται με την αντίθετη διαδικασία στα κατιόντα. Αντί να χάσει ένα ηλεκτρόνιο, τα μη μεταλλικά άτομα μπορούν να αποκτήσουν ένα ηλεκτρόνιο. Αυτό συμβαίνει επειδή το εξωτερικό επίπεδο ενέργειας είναι σχεδόν πλήρες. Ο όρος συγγένεια ηλεκτρονίων περιγράφει την τάση για ουδέτερα άτομα να αποκτούν ηλεκτρόνια. Όπως και η ενέργεια ιονισμού, έχει μονάδες ενέργειας, αλλά σε αντίθεση με την ενέργεια ιονισμού, έχει αρνητική τιμή επειδή η ενέργεια απελευθερώνεται όταν προστίθενται ηλεκτρόνια, ενώ απορροφάται όταν είναι ηλεκτρόνια αφαιρέθηκε.
Γενικά, τα στοιχεία σε υψηλότερες ομάδες (εκείνα που βρίσκονται πιο δεξιά στα περιοδικά πίνακα) έχουν υψηλότερη συγγένεια ηλεκτρονίων, και τα στοιχεία σε μια υψηλότερη σειρά των ομάδων τους (περαιτέρω προς την κορυφή του περιοδικού πίνακα) έχουν υψηλότερο ηλεκτρόνιο συγγένεια. Η μείωση της συγγένειας ηλεκτρονίων καθώς μετακινείτε μια δεδομένη στήλη σχετίζεται με την αυξημένη απόσταση μεταξύ των εξωτερικών κελυφών και του πυρήνα, καθώς και η θωράκιση από τα άλλα ηλεκτρόνια σε χαμηλότερη ενέργεια επίπεδα. Η αύξηση της συγγένειας καθώς μετακινείστε από αριστερά προς τα δεξιά είναι επειδή τα επίπεδα ενέργειας πλησιάζουν στο να καταλαμβάνετε πλήρως.
Όσον αφορά τα κατιόντα, η ομάδα του στοιχείου σας λέει τι θα χρεώσει το αντίστοιχο ανιόν. Η προκύπτουσα χρέωση είναι ο αριθμός ομάδας μείον οκτώ. Το χλώριο, στην ομάδα 7, σχηματίζει ένα ανιόν με φορτίο −1 και το οξυγόνο, στην ομάδα 6, σχηματίζει κατιόν με φορτίο −2.