La mayoría de los átomos y moléculas que encontramos son eléctricamente neutrales, pero los iones juegan un papel importante en la naturaleza. Estos átomos cargados pueden ser cationes cargados positivamente o aniones cargados negativamente. Los cationes y los aniones se forman de diferentes formas. Para los cationes, la pérdida de un electrón los deja con una carga neta positiva, mientras que para los aniones, la adición de un electrón los deja con una carga neta negativa. Comprender los procesos detrás de esto, incluida la energía de ionización y la afinidad electrónica de diferentes átomos, le ayuda a ver por qué ciertos átomos se convierten en iones más fácilmente que otros y qué hace que suceder.
TL; DR (demasiado largo; No leí)
Los cationes son iones con carga positiva que se forman cuando un átomo pierde un electrón por ionización. La cantidad de energía requerida para hacer esto se llama energía de ionización.
Los aniones son iones cargados negativamente que se forman cuando un átomo gana un electrón. La energía en este proceso se llama afinidad electrónica.
¿Qué es un ion?
Los átomos tienen tres componentes principales: protones, electrones y neutrones. Los neutrones son eléctricamente neutros y, aunque desempeñan un papel importante en la física nuclear, no son relevantes para la formación de iones porque no afectan la carga del átomo en el que se encuentran. Los protones tienen carga positiva y ocupan el núcleo central del átomo junto con los neutrones. Los electrones son la parte del átomo cargada negativamente y ocupan una "nube" alrededor del exterior del núcleo. Los electrones y los protones tienen cargas iguales pero opuestas, y en las formas naturales de los elementos, hay el mismo número de cada uno en un átomo. Esto significa que los elementos son eléctricamente neutros porque las cargas de los protones y electrones se cancelan entre sí.
Un ion es un átomo cargado. Si un átomo gana un electrón, la carga negativa supera a la carga positiva y todo el átomo gana una carga negativa. Estos iones se llaman aniones. Si el átomo pierde un electrón, entonces hay más carga positiva que carga negativa, y el átomo en su conjunto se convierte en un ion con carga positiva. A esto se le llama catión.
¿Cómo se forman los cationes?
Los cationes se forman cuando un átomo neutro pierde un electrón. Los metales son propensos a perder electrones como resultado de la disposición de los electrones alrededor del núcleo. Los electrones ocupan diferentes orbitales alrededor del núcleo, y estos pueden agruparse en diferentes niveles de energía. Un electrón en un orbital con un alto nivel de energía está más lejos del núcleo. Los átomos con un nivel de energía exterior completo son estables, pero si hay una pequeña cantidad de electrones en el nivel de energía exterior, son propensos a perder electrones. Los electrones en los niveles de energía completos “protegen” gran parte de la carga positiva del núcleo. Como resultado, los electrones externos están débilmente unidos al núcleo.
Los cationes se forman mediante el proceso de ionización cuando se le da suficiente energía al electrón (por luz de una energía suficientemente alta, por ejemplo) para despojarlo de la atracción del núcleo. La energía requerida para hacer esto se llama energía de ionización. La primera energía de ionización le dice cuánta energía necesita para eliminar un electrón; la segunda energía de ionización le dice cuánto se necesita para eliminar la segunda, y así sucesivamente.
Puede calcular la carga del ion resultante en función del grupo de la tabla periódica en el que se encuentra el elemento. Por ejemplo, el sodio está en el grupo 1 y forma un catión con una carga +1. El magnesio está en el grupo 2 y forma un catión con una carga +2 después de perder dos electrones por ionización. El aluminio está en el grupo 3 y forma un catión +3. Los elementos del grupo 4 no forman iones y los elementos del grupo superior forman aniones.
¿Cómo se forman los aniones?
Los aniones se forman por el proceso opuesto a los cationes. En lugar de perder un electrón, los átomos no metálicos pueden ganar un electrón. Esto se debe a que su nivel de energía exterior está casi lleno. El término afinidad electrónica describe la tendencia de los átomos neutros a ganar electrones. Como la energía de ionización, tiene unidades de energía, pero a diferencia de la energía de ionización, tiene un valor negativo. porque la energía se libera cuando se agregan electrones, mientras que se absorbe cuando los electrones se remoto.
En general, los elementos de los grupos superiores (los que están más a la derecha en la tabla periódica) tienen mayores afinidades electrónicas, y los elementos en una fila superior de sus grupos (más hacia la parte superior de la tabla periódica) tienen mayor número de electrones afinidades. La disminución de la afinidad electrónica a medida que se mueve hacia abajo en una columna determinada está relacionada con el aumento de la distancia. entre las capas externas y el núcleo, así como el blindaje de los otros electrones en energía más baja niveles. El aumento de afinidad a medida que te mueves de izquierda a derecha se debe a que los niveles de energía se acercan más a estar completamente ocupados.
En cuanto a los cationes, el grupo del elemento te dice qué carga tendrá el anión correspondiente. La carga resultante es el número de grupo menos ocho. El cloro, en el grupo 7, forma un anión con una carga -1, y el oxígeno, en el grupo 6, forma un catión con una carga -2.