Hvordan dannes kationer?

De fleste atomer og molekyler vi møter er elektrisk nøytrale, men ioner spiller en viktig rolle i naturen. Disse ladede atomene kan være positivt ladede kationer eller negativt ladede anioner. Kationer og anioner dannes på forskjellige måter. For kationer, gir tapet av et elektron dem med en netto positiv ladning, mens for anioner legger tilsetningen av et elektron dem med en netto negativ ladning. Forstå prosessene bak dette, inkludert ioniseringsenergi og elektronaffinitet til forskjellige atomer, hjelper deg å se hvorfor visse atomer blir ioner lettere enn andre og hva som får det til skje.

TL; DR (for lang; Leste ikke)

Kationer er positivt ladede ioner dannet når et atom mister et elektron gjennom ionisering. Mengden energi som kreves for å gjøre dette kalles ioniseringsenergi

Anioner er negativt ladede ioner dannet når et atom får et elektron. Energien i denne prosessen kalles elektronaffinitet.

Atomer har tre hovedkomponenter: protoner, elektroner og nøytroner. Nøytroner er elektrisk nøytrale, og selv om de spiller en viktig rolle i kjernefysikk, gjør de det er ikke relevante for dannelsen av ioner fordi de ikke påvirker ladningen til atomet de er i. Protoner er positivt ladede, og de okkuperer den sentrale kjernen i atomet sammen med nøytronene. Elektroner er den negativt ladede delen av atomet, og de okkuperer en "sky" rundt utsiden av kjernen. Elektroner og protoner har like, men motsatte ladninger, og i de naturlige elementformene er det like mange av hvert i et atom. Dette betyr at elementene er elektrisk nøytrale fordi ladningene fra protonene og elektronene avbryter hverandre.

Et ion er et ladet atom. Hvis et atom får et elektron, oppveier den negative ladningen den positive ladningen, og hele atomet får en negativ ladning. Disse ionene kalles anioner. Hvis atomet mister et elektron, er det mer positiv ladning enn negativ ladning, og atomet som helhet blir et positivt ladet ion. Dette kalles et kation.

Kationer dannes når et nøytralt atom mister et elektron. Metaller er utsatt for å miste elektroner som et resultat av arrangementet av elektroner rundt kjernen. Elektroner okkuperer forskjellige orbitaler rundt kjernen, og disse kan grupperes i forskjellige energinivåer. Et elektron i en bane med høyt energinivå er lenger borte fra kjernen. Atomer med et fullt ytre energinivå er stabile, men hvis det er et lite antall elektroner i det ytre energinivået, er de utsatt for å miste elektroner. Elektronene i de fulle energinivåene "beskytter" mye av den positive ladningen fra kjernen. Som et resultat er de ytre elektronene bare svakt bundet til kjernen.

Kationer dannes ved ioniseringsprosessen når tilstrekkelig energi blir gitt til elektronet (for eksempel med lys med høy nok energi) for å fjerne det fra kjernen. Energien som kreves for å gjøre dette kalles ioniseringsenergien. Den første ioniseringsenergien forteller deg hvor mye energi du trenger for å fjerne ett elektron; den andre ioniseringsenergien forteller deg hvor mye som kreves for å fjerne den andre, og så videre.

Du kan beregne ladningen på det resulterende ionet basert på gruppen av det periodiske systemet elementet er i. For eksempel er natrium i gruppe 1, og det danner et kation med en +1 ladning. Magnesium er i gruppe 2, og det danner en kation med en +2 ladning etter å ha mistet to elektroner til ionisering. Aluminium er i gruppe 3 og danner et +3-kation. Gruppe 4-elementer danner ikke ioner, og elementer i høyere gruppe danner anioner i stedet.

Anioner dannes ved motsatt prosess med kationer. I stedet for å miste et elektron kan ikke-metalliske atomer få et elektron. Dette er fordi deres ytre energinivå er nesten fullt. Begrepet elektronaffinitet beskriver tendensen til at nøytrale atomer får elektroner. I likhet med ioniseringsenergi har den enheter av energi, men i motsetning til ioniseringsenergi har den en negativ verdi fordi energi frigjøres når elektroner tilsettes, mens den absorberes når elektroner er det fjernet.

Generelt har elementer i høyere grupper (de lenger til høyre i det periodiske systemet) høyere elektronaffiniteter, og elementer i en høyere rad i gruppene (lenger opp mot toppen av det periodiske systemet) har høyere elektron tilhørigheter. Nedgangen i elektronaffinitet når du beveger deg nedover i en gitt kolonne, er relatert til den økte avstanden mellom de ytre skallene og kjernen, samt skjermingen fra de andre elektronene i lavere energi nivåer. Økningen i tilhørighet når du beveger deg fra venstre til høyre, er fordi energinivåene kommer nærmere å være fullt opptatt.

Når det gjelder kationer, forteller gruppen av elementet deg hvilken ladning det tilsvarende anionet vil være. Den resulterende ladningen er gruppetallet minus åtte. Klor, i gruppe 7, danner et anion med en -1 ladning, og oksygen, i gruppe 6, danner en kation med en -2 ladning.