Більшість атомів і молекул, з якими ми стикаємось, є електрично нейтральними, але іони відіграють важливу роль у природі. Ці заряджені атоми можуть бути позитивно зарядженими катіонами або негативно зарядженими аніонами. Катіони та аніони утворюються по-різному. Для катіонів втрата електрона залишає у них чистий позитивний заряд, тоді як для аніонів додавання електрона залишає у них чистий негативний заряд. Розуміння процесів, що стоять за цим, включаючи енергію іонізації та спорідненість до електронів різних атомів, допомагає зрозуміти, чому певні атоми перетворюються на іони легше за інші і що це спричиняє трапиться.
TL; ДР (занадто довгий; Не читав)
Катіони - це позитивно заряджені іони, що утворюються, коли атом втрачає електрон через іонізацію. Кількість енергії, необхідна для цього, називається енергією іонізації
Аніони - це негативно заряджені іони, що утворюються, коли атом отримує електрон. Енергія в цьому процесі називається спорідненістю до електронів.
Що таке іон?
Атоми мають три основні компоненти: протони, електрони та нейтрони. Нейтрони електрично нейтральні, і хоча вони відіграють важливу роль в ядерній фізиці, вони не мають значення для утворення іонів, оскільки вони не впливають на заряд атома, в якому вони перебувають. Протони заряджені позитивно, і вони займають центральне ядро атома разом з нейтронами. Електрони є негативно зарядженою частиною атома, і вони займають "хмару" навколо зовнішньої частини ядра. Електрони і протони мають рівні, але протилежні заряди, і в природних формах елементів у атомі рівна кількість кожного. Це означає, що елементи є електрично нейтральними, оскільки заряди від протонів та електронів виключають один одного.
Іон - це заряджений атом. Якщо атом отримує електрон, негативний заряд переважає позитивний заряд, а весь атом - негативний. Ці іони називаються аніонами. Якщо атом втрачає електрон, то більше позитивного заряду, ніж негативного, і атом в цілому стає позитивно зарядженим іоном. Це називається катіоном.
Як утворюються катіони?
Катіони утворюються, коли нейтральний атом втрачає електрон. Метали схильні до втрати електронів в результаті розташування електронів навколо ядра. Електрони займають різні орбіталі навколо ядра, і їх можна згрупувати за різними рівнями енергії. Електрон на орбіталі з високим енергетичним рівнем знаходиться далі від ядра. Атоми з повним зовнішнім енергетичним рівнем стабільні, але якщо на зовнішньому енергетичному рівні є невелика кількість електронів, вони схильні до втрати електронів. Електрони на повних енергетичних рівнях "захищають" велику частину позитивного заряду від ядра. Як результат, зовнішні електрони лише слабо зв’язані з ядром.
Катіони утворюються в процесі іонізації, коли електрону віддається достатня кількість енергії (наприклад, при світлі досить високої енергії), щоб відірвати його від притягання ядра. Енергія, необхідна для цього, називається енергією іонізації. Перша енергія іонізації говорить вам, скільки енергії потрібно для виведення одного електрона; друга енергія іонізації говорить вам, скільки потрібно для видалення другої тощо.
Ви можете опрацювати заряд на отриманому іоні, виходячи з групи періодичної таблиці, в якій знаходиться елемент. Наприклад, натрій входить до групи 1, і він утворює катіон із зарядом +1. Магній входить до групи 2, і він утворює катіон із зарядом +2 після втрати двох електронів на іонізацію. Алюміній входить до групи 3 і утворює катіон +3. Елементи групи 4 не утворюють іонів, а елементи вищої групи - аніони.
Як утворюються аніони?
Аніони утворюються шляхом, протилежним катіонам. Замість втрати електрона атоми неметалу можуть отримати електрон. Це тому, що їх зовнішній енергетичний рівень майже повний. Термін спорідненість до електронів описує тенденцію отримання нейтральними атомами електронів. Як і енергія іонізації, вона має одиниці енергії, але на відміну від енергії іонізації, вона має негативне значення оскільки енергія виділяється при додаванні електронів, тоді як вона поглинається, коли електрони є видалено.
Загалом, елементи вищих груп (ті, що знаходяться праворуч на періодичній системі) мають вищу електронну спорідненість, а елементи у верхньому ряду своїх груп (далі до вершини періодичної системи) мають вищий електрон спорідненість. Зменшення спорідненості до електронів під час руху вниз за даним стовпцем пов’язане зі збільшенням відстані між зовнішньою оболонкою і ядром, а також екрануванням від інших електронів з меншою енергією рівнів. Збільшення спорідненості при русі зліва направо відбувається тому, що рівні енергії наближаються до того, щоб бути повністю зайнятими.
Що стосується катіонів, група елемента повідомляє вам, яким зарядом буде відповідний аніон. Отриманий заряд - це число групи мінус вісім. Хлор у групі 7 утворює аніон із зарядом -1, а кисень у групі 6 утворює катіон із зарядом -2.