Majoritatea atomilor și moleculelor pe care le întâlnim sunt neutri din punct de vedere electric, dar ionii joacă un rol important în natură. Acești atomi încărcați pot fi cationi încărcați pozitiv sau anioni încărcați negativ. Cationii și anionii se formează în moduri diferite. Pentru cationi, pierderea unui electron îi lasă cu o sarcină netă pozitivă, în timp ce pentru anioni, adăugarea unui electron îi lasă cu o sarcină netă negativă. Înțelegerea proceselor din spatele acestui lucru, inclusiv energia de ionizare și afinitatea electronică a diferiți atomi, vă ajută să vedeți de ce anumiți atomi devin ioni mai ușor decât alții și ce cauzează acest lucru întâmpla.
TL; DR (Prea lung; Nu am citit)
Cationii sunt ioni încărcați pozitiv formați atunci când un atom pierde un electron prin ionizare. Cantitatea de energie necesară pentru a face acest lucru se numește energie de ionizare
Anionii sunt ioni încărcați negativ, formați atunci când un atom câștigă un electron. Energia din acest proces se numește afinitate electronică.
Ce este un Ion?
Atomii au trei componente principale: protoni, electroni și neutroni. Neutronii sunt neutri din punct de vedere electric și, deși joacă un rol important în fizica nucleară, ei nu sunt relevante pentru formarea ionilor, deoarece nu afectează sarcina atomului în care se află. Protonii sunt încărcați pozitiv și ocupă nucleul central al atomului împreună cu neutronii. Electronii sunt partea încărcată negativ a atomului și ocupă un „nor” în jurul exteriorului nucleului. Electronii și protonii au sarcini egale, dar opuse, iar în formele naturale ale elementelor, există un număr egal al fiecăruia într-un atom. Aceasta înseamnă că elementele sunt neutre din punct de vedere electric, deoarece sarcinile de la protoni și electroni se anulează reciproc.
Un ion este un atom încărcat. Dacă un atom câștigă un electron, sarcina negativă depășește sarcina pozitivă și întregul atom câștigă o sarcină negativă. Acești ioni se numesc anioni. Dacă atomul pierde un electron, atunci există mai multă sarcină pozitivă decât sarcină negativă, iar atomul în ansamblu devine un ion încărcat pozitiv. Aceasta se numește cation.
Cum se formează cationii?
Cationii se formează atunci când un atom neutru pierde un electron. Metalele sunt predispuse la pierderea electronilor ca urmare a aranjării electronilor în jurul nucleului. Electronii ocupă orbitali diferiți în jurul nucleului, iar aceștia pot fi grupați în diferite niveluri de energie. Un electron dintr-un orbital cu un nivel ridicat de energie este mai departe de nucleu. Atomii cu un nivel complet al energiei externe sunt stabili, dar dacă există un număr mic de electroni în nivelul energiei externe, aceștia sunt predispuși la pierderea electronilor. Electronii din nivelurile energetice complete „protejează” o mulțime de sarcină pozitivă din nucleu. Ca urmare, electronii externi sunt legați doar slab de nucleu.
Cationii se formează prin procesul de ionizare atunci când electronului i se dă suficientă energie (de exemplu, prin lumina unei energii suficient de mari) pentru a-l îndepărta de atracția nucleului. Energia necesară pentru a face acest lucru se numește energie de ionizare. Prima energie de ionizare vă spune câtă energie aveți nevoie pentru a elimina un electron; a doua energie de ionizare vă spune cât este necesar pentru a îndepărta a doua energie și așa mai departe.
Puteți calcula încărcarea ionului rezultat pe baza grupului tabelului periodic în care se află elementul. De exemplu, sodiul este în grupa 1 și formează un cation cu o sarcină +1. Magneziul se află în grupa 2 și formează un cation cu o sarcină +2 după ce a pierdut doi electroni la ionizare. Aluminiu este în grupa 3 și formează un cation +3. Elementele din grupul 4 nu formează ioni, iar elementele din grupurile superioare formează anioni.
Cum se formează anionii?
Anionii se formează prin procesul opus cationilor. În loc să piardă un electron, atomii nemetali pot câștiga un electron. Acest lucru se datorează faptului că nivelul lor de energie exterior este aproape complet. Termenul de afinitate electronică descrie tendința ca atomii neutri să câștige electroni. La fel ca energia de ionizare, are unități de energie, dar spre deosebire de energia de ionizare, are o valoare negativă deoarece energia este eliberată atunci când se adaugă electroni, în timp ce este absorbită când electronii sunt îndepărtat.
În general, elementele din grupurile superioare (cele aflate în partea dreaptă a tabelului periodic) au afinități electronice mai mari, iar elementele dintr-un rând superior al grupurilor lor (mai departe spre partea de sus a tabelului periodic) au electron mai mare afinități. Scăderea afinității electronice pe măsură ce vă deplasați în jos pe o coloană dată este legată de distanța crescută între cochiliile exterioare și nucleu, precum și ecranarea față de ceilalți electroni cu energie mai mică niveluri. Creșterea afinității pe măsură ce vă deplasați de la stânga la dreapta se datorează faptului că nivelurile de energie se apropie de a fi ocupate complet.
În ceea ce privește cationii, grupul elementului vă spune ce încărcare va fi anionul corespunzător. Taxa rezultată este numărul grupului minus opt. Clorul, în grupul 7, formează un anion cu o sarcină -1, iar oxigenul, în grupa 6, formează un cation cu o sarcină -2.