Dauguma atomų ir molekulių, su kuriomis susiduriame, yra elektra neutralios, tačiau jonai gamtoje vaidina svarbų vaidmenį. Šie įelektrinti atomai gali būti teigiamai įkrauti katijonai arba neigiamai įkrauti anijonai. Katijonai ir anijonai susidaro įvairiai. Katijonams praradus elektroną, jiems tenka grynasis teigiamas krūvis, o anijonams pridėjus elektroną, grynas neigiamas krūvis. Suprasti už to kylančius procesus, įskaitant jonizacijos energiją ir elektronų afinitetą skirtingi atomai, padeda suprasti, kodėl tam tikri atomai tampa jonais lengviau nei kiti ir kas tai sukelia atsitikti.
TL; DR (per ilgai; Neskaiciau)
Katijonai yra teigiamai įkrauti jonai, susidarantys, kai atomas jonizuodamas praranda elektroną. Tam reikalingas energijos kiekis vadinamas jonizacijos energija
Anijonai yra neigiamai įkrauti jonai, susidarantys, kai atomas gauna elektroną. Šio proceso energija vadinama elektronų giminyste.
Kas yra jonas?
Atomai turi tris pagrindinius komponentus: protonus, elektronus ir neutronus. Neutronai yra elektra neutralūs, ir nors jie vaidina svarbų vaidmenį branduolinėje fizikoje, jie yra nėra svarbūs jonų susidarymui, nes jie neturi įtakos atomo, kuriame jie yra, krūviui. Protonai yra teigiamai įkrauti ir užima centrinį atomo branduolį kartu su neutronais. Elektronai yra neigiamai įkrauta atomo dalis ir jie užima „debesį“ aplink branduolio išorę. Elektronai ir protonai turi vienodus, bet priešingus krūvius, o natūraliose elementų formose atome yra vienodas jų skaičius. Tai reiškia, kad elementai yra elektriškai neutralūs, nes protonų ir elektronų krūviai vienas kitą panaikina.
Jonas yra įkrautas atomas. Jei atomas gauna elektroną, neigiamas krūvis nusveria teigiamą krūvį, o visas atomas - neigiamą. Šie jonai vadinami anijonais. Jei atomas praranda elektroną, tada teigiamas krūvis yra daugiau nei neigiamas, o visas atomas tampa teigiamai įkrautu jonu. Tai vadinama katijonu.
Kaip susidaro katijonai?
Katijonai susidaro, kai neutralus atomas praranda elektroną. Metalai yra linkę prarasti elektronus dėl elektronų išsidėstymo aplink branduolį. Elektronai užima skirtingas orbitales aplink branduolį, ir jas galima sugrupuoti į skirtingus energijos lygius. Orbitoje esantis elektronas, turintis aukštą energijos lygį, yra toliau nuo branduolio. Atomai, turintys visą išorinį energijos lygį, yra stabilūs, tačiau jei išoriniame energijos lygyje yra nedaug elektronų, jie yra linkę prarasti elektronus. Elektronai, esantys visuose energijos lygiuose, „apsaugo“ daug teigiamo krūvio iš branduolio. Dėl to išoriniai elektronai tik silpnai jungiasi su branduoliu.
Katijonai susidaro jonizacijos proceso metu, kai elektronui duodama pakankamai energijos (pavyzdžiui, pakankamai didelės energijos šviesa), kad jis pašalintų jį nuo branduolio traukos. Tam reikalinga energija vadinama jonizacijos energija. Pirmoji jonizacijos energija nurodo, kiek energijos reikia vienam elektronui pašalinti; antroji jonizacijos energija nurodo, kiek reikia antrai pašalinti ir pan.
Galite apskaičiuoti gauto jono krūvį pagal periodinės lentelės, kurioje yra elementas, grupę. Pavyzdžiui, natris yra 1 grupėje ir jis sudaro katijoną su +1 įkrova. Magnis yra 2 grupėje, o praradęs jonizacijai du elektronus, jis suformuoja katijoną su +2 įkrova. Aliuminis yra 3 grupėje ir sudaro +3 katijoną. 4 grupės elementai nesudaro jonų, o aukštesnės grupės elementai - anijonus.
Kaip susidaro anijonai?
Anijonai susidaro priešingai nei katijonai. Užuot praradę elektroną, nemetaliniai atomai gali įgyti elektroną. Taip yra todėl, kad jų išorinis energijos lygis yra beveik pilnas. Terminas elektronų afinitetas apibūdina polinkį neutraliems atomams įgyti elektronus. Kaip ir jonizacijos energija, ji turi energijos vienetus, tačiau, skirtingai nuo jonizacijos energijos, ji turi neigiamą vertę nes energija išsiskiria pridėjus elektronų, tuo tarpu ji absorbuojama, kai elektronai yra pašalinta.
Apskritai elementai aukštesnėse grupėse (periodinės lentelės dešinėje) turi didesnį elektronų giminingumą, o elementai aukštesnėje jų grupių eilėje (toliau link periodinės lentelės viršaus) turi aukštesnį elektroną giminingumas. Elektronų afiniteto sumažėjimas judant žemyn tam tikrame stulpelyje yra susijęs su padidėjusiu atstumu tarp išorinių apvalkalų ir branduolio, taip pat nuo kitų mažesnės energijos elektronų ekranavimo lygius. Bendrumo padidėjimas judant iš kairės į dešinę yra todėl, kad energijos lygis priartėja prie to, kad būtų visiškai užimtas.
Kalbant apie katijonus, elemento grupė nurodo, koks bus atitinkamo anijono krūvis. Gautas mokestis yra grupės numeris, atėmus aštuonis. Chloras, esantis 7 grupėje, sudaro anijoną su −1 krūviu, o deguonis - 6 grupėje - katijoną su −2 krūviu.