Већина атома и молекула које сусрећемо су електрично неутрални, али јони играју важну улогу у природи. Ови наелектрисани атоми могу бити позитивно наелектрисани катјони или негативно наелектрисани аниони. Катиони и аниони настају на различите начине. За катион, губитак електрона оставља им нето позитивно наелектрисање, док за анионе додатак електрона оставља нето негативни набој. Разумевање процеса који стоје иза овога, укључујући енергију јонизације и афинитет електрона различитих атома, помаже вам да видите зашто одређени атоми постају јони лакше од других и шта то узрокује десити се.
ТЛ; ДР (предуго; Нисам прочитао)
Катиони су позитивно наелектрисани јони настали када атом изгуби електрон јонизацијом. Количина енергије потребна за то назива се јонизациона енергија
Аниони су негативно наелектрисани јони који настају када атом добије електрон. Енергија у овом процесу назива се афинитет електрона.
Шта је јон?
Атоми имају три главне компоненте: протоне, електроне и неутроне. Неутрони су електрично неутрални и иако играју важну улогу у нуклеарној физици, они то чине нису релевантни за формирање јона јер не утичу на наелектрисање атома у коме се налазе. Протони су позитивно наелектрисани и они заузимају централно језгро атома заједно са неутронима. Електрони су негативно наелектрисани део атома и они заузимају „облак“ око спољне стране језгра. Електрони и протони имају једнаке, али супротне наелектрисања, а у природним облицима елемената постоји једнак број сваког у атому. То значи да су елементи електрички неутрални јер се наелектрисања из протона и електрона међусобно поништавају.
Јон је наелектрисани атом. Ако атом добије електрон, негативни набој надмашује позитиван, а цео атом негативни набој. Ови јони се називају анионима. Ако атом изгуби електрон, тада је позитивнијег наелектрисања него негативног наелектрисања и атом у целини постаје позитивно наелектрисан јон. Ово се назива катион.
Како настају катиони?
Катиони настају када неутрални атом изгуби електрон. Метали су склони губљењу електрона као резултат распореда електрона око језгра. Електрони заузимају различите орбитале око језгра и они се могу сврстати у различите нивое енергије. Електрон у орбитали са високим нивоом енергије је даље од језгра. Атоми са потпуним спољним нивоом енергије су стабилни, али ако је у спољашњем нивоу енергије мали број електрона, они су склони губљењу електрона. Електрони у пуним нивоима енергије „штите“ пуно позитивног наелектрисања из језгра. Као резултат, спољни електрони су само слабо везани за језгро.
Катиони настају процесом јонизације када се електрону даје довољно енергије (на пример, светлошћу довољно високе енергије) да га одвоји од привлачности језгра. Енергија потребна за то назива се енергија јонизације. Прва енергија јонизације говори вам колико вам је енергије потребно за уклањање једног електрона; друга енергија јонизације вам говори колико је потребно за уклањање друге, и тако даље.
Можете израчунати наелектрисање резултујућег јона на основу групе периодног система у којем се налази елемент. На пример, натријум је у групи 1 и формира катион са +1 наелектрисањем. Магнезијум је у групи 2 и формира катион са +2 наелектрисања након губитка два електрона у јонизацији. Алуминијум је у групи 3 и формира +3 катион. Елементи групе 4 не формирају јоне, а елементи више групе формирају анионе.
Како настају аниони?
Аниони настају супротним процесом од катиона. Уместо да изгубе електрон, атоми неметала могу добити електрон. То је зато што је њихов спољни ниво енергије готово пун. Термин електронски афинитет описује тенденцију да неутрални атоми добијају електроне. Попут енергије јонизације, она има јединице енергије, али за разлику од енергије јонизације, има негативну вредност јер се енергија ослобађа када се додају електрони, док се апсорбује када се електрони додају уклоњен.
Генерално, елементи у вишим групама (они који се налазе надесно на периодном систему) имају већи афинитет према електронима, а елементи у вишем реду својих група (даље према врху периодног система) имају већи електрон афинитети. Смањење афинитета према електронима док се померате низ одређену колону повезано је са повећаном удаљеностом између спољних љуски и језгра, као и заштита од осталих електрона у нижој енергији нивоа. Повећање афинитета док се крећете слева удесно је зато што се нивои енергије приближавају потпуном заузимању.
Што се тиче катиона, група елемената вам говори колики ће набој бити одговарајући анион. Добијени набој је број групе минус осам. Хлор, у групи 7, формира анион са -1 наелектрисањем, а кисеоник, у групи 6, катион са -2 наелектрисањем.