Lielākā daļa atomu un molekulu, ar kurām mēs sastopamies, ir elektriski neitrālas, bet joniem dabā ir svarīga loma. Šie lādētie atomi var būt pozitīvi lādēti katjoni vai negatīvi lādēti anjoni. Katijoni un anjoni veidojas dažādos veidos. Katijoniem, zaudējot elektronu, tiem paliek tīrs pozitīvs lādiņš, turpretī anjoniem, pievienojot elektronu, tiem paliek tīrs negatīvs lādiņš. Izpratne par procesiem, kas slēpjas aiz tā, ieskaitot jonizācijas enerģiju un elektronu afinitāti dažādi atomi palīdz jums saprast, kāpēc daži atomi kļūst par joniem vieglāk nekā citi un kas to izraisa notikt.
TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)
Katjoni ir pozitīvi lādēti joni, kas veidojas, kad atoms jonizācijas rezultātā zaudē elektronu. Enerģijas daudzumu, kas vajadzīgs, lai to izdarītu, sauc par jonizācijas enerģiju
Anjoni ir negatīvi lādēti joni, kas veidojas, kad atoms iegūst elektronu. Enerģiju šajā procesā sauc par elektronu afinitāti.
Kas ir jons?
Atomiem ir trīs galvenās sastāvdaļas: protoni, elektroni un neitroni. Neitroni ir elektriski neitrāli, un, lai arī tiem ir svarīga loma kodolfizikā, tie tomēr ir neattiecas uz jonu veidošanos, jo tie neietekmē atoma lādiņu, kurā tie atrodas. Protoni ir pozitīvi uzlādēti, un tie kopā ar neitroniem aizņem atoma centrālo kodolu. Elektroni ir negatīvi lādēta atoma daļa, un tie aizņem "mākoni" ap kodola ārpusi. Elektroniem un protoniem ir vienādi, bet pretēji lādiņi, un elementu dabiskajās formās atomā katrs ir vienāds. Tas nozīmē, ka elementi ir elektriski neitrāli, jo protonu un elektronu lādiņi viens otru novērš.
Jons ir lādēts atoms. Ja atoms iegūst elektronu, negatīvais lādiņš atsver pozitīvo lādiņu, un viss atoms iegūst negatīvo lādiņu. Šos jonus sauc par anjoniem. Ja atoms zaudē elektronu, tad pozitīvā lādiņa ir vairāk nekā negatīvā lādiņa, un atoms kopumā kļūst par pozitīvi lādētu jonu. To sauc par katjonu.
Kā veidojas katjoni?
Katijoni veidojas, kad neitrāls atoms zaudē elektronu. Metāliem ir tendence zaudēt elektronus, pateicoties elektronu izvietojumam ap kodolu. Elektroni aizņem dažādas orbitāles ap kodolu, un tās var sagrupēt dažādos enerģijas līmeņos. Elektrons orbītā ar augstu enerģijas līmeni atrodas tālāk no kodola. Atomi ar pilnu ārējās enerģijas līmeni ir stabili, bet, ja ārējā enerģijas līmenī ir maz elektronu, tie ir pakļauti elektronu zaudēšanai. Elektroni pilnā enerģijas līmenī daudz aizsargā no kodola pozitīvā lādiņa. Tā rezultātā ārējie elektroni ir tikai vāji saistīti ar kodolu.
Katjonus veido jonizācijas process, kad elektronam tiek piešķirta pietiekama enerģija (piemēram, ar pietiekami augstas enerģijas gaismu), lai to noņemtu no kodola pievilcības. Enerģiju, kas nepieciešama, lai to izdarītu, sauc par jonizācijas enerģiju. Pirmā jonizācijas enerģija norāda, cik daudz enerģijas jums nepieciešams, lai noņemtu vienu elektronu; otrā jonizācijas enerģija norāda, cik daudz vajag, lai noņemtu otro utt.
Jūs varat izstrādāt maksu par iegūto jonu, pamatojoties uz periodiskās tabulas grupu, kurā elements atrodas. Piemēram, nātrijs ir 1. grupā, un tas veido katjonu ar uzlādi +1. Magnijs ir 2. grupā, un tas pēc divu elektronu zaudēšanas jonizācijā veido katjonu ar +2 lādiņu. Alumīnijs ir 3. grupā un veido +3 katjonu. 4. grupas elementi neveido jonus, un augstākās grupas elementi tā vietā veido anjonus.
Kā veidojas anjoni?
Anjoni veidojas pretēji katjoniem. Tā vietā, lai zaudētu elektronu, nemetālu atomi var iegūt elektronu. Tas ir tāpēc, ka viņu ārējais enerģijas līmenis ir gandrīz pilns. Termins elektronu afinitāte raksturo tendenci neitrāliem atomiem iegūt elektronus. Tāpat kā jonizācijas enerģijai, tai ir enerģijas vienības, bet atšķirībā no jonizācijas enerģijas tai ir negatīva vērtība jo enerģija tiek atbrīvota, pievienojot elektronus, turpretī tā tiek absorbēta, kad elektroni ir noņemts.
Parasti elementiem augstākās grupās (periodiskās tabulas labajā pusē) ir augstāka elektronu afinitāte, un elementiem to grupu augstākajā rindā (tālāk uz periodiskās tabulas augšdaļu) ir augstāks elektrons radniecība. Elektronu afinitātes samazināšanās, pārvietojoties uz leju noteiktā kolonnā, ir saistīta ar palielināto attālumu starp ārējiem apvalkiem un kodolu, kā arī pasargāšanu no citiem zemākas enerģijas elektroniem līmeņiem. Affinitātes pieaugums, pārvietojoties no kreisās uz labo, ir tāpēc, ka enerģijas līmenis tuvojas pilnīgai aizņemšanai.
Kas attiecas uz katjoniem, elementa grupa norāda, kāds lādiņš būs atbilstošajam anjonam. Iegūtais lādiņš ir grupas numurs mīnus astoņi. Hlors 7. grupā veido anjonu ar −1 lādiņu, un skābeklis 6. grupā veido katjonu ar −2 lādiņu.