Tartalom
- TL; DR (túl hosszú; nem olvastam)
- Mi az az ion?
- Hogyan képződnek a kationok?
- Hogyan alakulnak az anionok?
A legtöbb atom és molekula elektromosan semleges, ám az ionok fontos szerepet játszanak a természetben. Ezek a töltött atomok lehetnek pozitív töltésű kationok vagy negatív töltésű anionok. A kationok és az anionok különböző módon alakulnak ki. A kationok esetében az elektronvesztés nettó pozitív töltéssel jár, míg az anionok esetében egy elektron hozzáadása nettó negatív töltéssel hagyja őket. Az ennek mögött meghúzódó folyamatok, beleértve a különböző atomok ionizációs energiáját és elektron-affinitását, megértése segít megérteni, hogy egyes atomok miért könnyebben ionokká válnak, mint mások, és mi okozza ennek megtörténését.
TL; DR (túl hosszú; nem olvastam)
A kationok pozitív töltésű ionok, amelyek akkor képződnek, amikor egy atom ionizáció révén elveszíti az elektronot. Az ehhez szükséges energiamennyiséget ionizációs energiának nevezzük
Az anionok negatív töltésű ionok, amelyek akkor képződnek, amikor egy atom elektronot nyer. Ebben a folyamatban az energiát elektron affinitásnak nevezzük.
Mi az az ion?
Az atomok három fő komponensből állnak: protonok, elektronok és neutronok. A neutronok elektromos szempontból semlegesek, és bár fontos szerepet játszanak a nukleáris fizikában, nem relevánsak az ionok képződésében, mivel nem befolyásolják a benne lévő atom töltését. A protonok pozitív töltésűek, és elfoglalják az atom központi magja a neutronokkal együtt. Az elektronok az atom negatív töltésű részei, és egy "felhőt" foglalnak el a atommag körül. Az elektronok és a protonok azonos, de ellentétes töltéssel rendelkeznek, és az elemek természetes formáiban egyenlő számú az atomban Ez azt jelenti, hogy az elemek elektromosan semlegesek, mivel a protonok és az elektronok töltései kiiktatják egymást.
Az ion töltött atom.Ha egy atom elektronot nyer, akkor a negatív töltés meghaladja a pozitív töltést, és az egész atom negatív töltést kap. Ezeket az ionokat anionoknak nevezzük. Ha az atom elveszít egy elektronot, akkor nagyobb a pozitív töltés, mint a negatív töltés, és az atom egésze pozitív töltésű ionvá válik. Ezt nevezik kationnak.
Hogyan képződnek a kationok?
Kationok képződnek, amikor egy semleges atom elveszít egy elektronot. A fém hajlamos az elektronok elvesztésére az atomok körül az elektronok elrendezése következtében. Az elektronok különböző körüli pályákat foglalnak el a mag körül, és ezeket különböző energiaszintekre lehet csoportosítani. A nagy energiájú pályán egy elektron távolabb van a magtól. A teljes külső energiaszintű atomok stabilak, de ha a külső energiaszintben kevés elektron található, hajlamosak elektronok elvesztésére. A teljes energiaszintben levő elektronok a pozitív töltés nagy részét „lefedik” a magból. Ennek eredményeként a külső elektronok csak gyengén kötődnek a maghoz.
A kationok az ionizációs folyamat során alakulnak ki, amikor elegendő energiát adnak az elektronnak (például elég nagy energia fénnyel), hogy eltávolítsák azt az atommag vonzásától. Az ehhez szükséges energiát ionizációs energiának nevezzük. Az első ionizációs energia megmutatja, mennyi energia szükséges egy elektron eltávolításához; a második ionizációs energia megmutatja, hogy mennyi szükség van a második energia eltávolítására, és így tovább.
A keletkező ion töltését a periódusos rendszer azon csoportjának alapján határozhatja meg, amelyben az elem található. Például a nátrium az 1. csoportba tartozik, és +1 töltéssel kationt képez. A magnézium a 2. csoportba tartozik, és +2 töltéssel rendelkező kationt képez, miután két elektron elvesztette az ionizációt. Az alumínium a 3. csoportba tartozik és +3 kationt képez. A 4. csoport elemei nem képeznek ionokat, ehelyett a magasabb csoport elemei anionokat képeznek.
Hogyan alakulnak az anionok?
Az anionok a kationokkal ellentétes eljárással alakulnak ki. Az elektron elvesztése helyett a nemfémes atomok elektronot szerezhetnek. Ennek oka az, hogy külső energiaszintjük majdnem megtelt. Az elektron affinitás kifejezés a semleges atomok hajlandóságát elektronokra jellemzi. Az ionizációs energiához hasonlóan energiája van egységekkel, de az ionizációs energiáktól eltérően negatív értékkel bír, mivel az elektronok hozzáadásakor az energia felszabadul, míg az elektronok eltávolításakor elnyelik.
Általánosságban elmondható, hogy a magasabb csoportokban (a periodikus táblázatok jobb oldalán) lévő elemeknek nagyobb az elektron affinitása, és a csoportok egy magasabb sorában (a periodikus tábla teteje felé irányítva) az elemek nagyobb elektronikus affinitással rendelkeznek. Az elektron affinitás csökkenése egy adott oszlop lefelé történő mozgásakor függ a külső héj és a mag közötti megnövekedett távolságtól, valamint az alacsonyabb energiaszintű többi elektron elleni árnyékolástól. Az affinitás növekedése balról jobbra haladva azért következik be, mert az energiaszintek közelebb kerülnek a teljes elfoglaltsághoz.
A kationokat illetően az elemcsoport megmondja, hogy a megfelelő anion milyen töltésű lesz. A kapott díj a csoportszám mínusz nyolc. A 7. csoportban a klór aniont képez −1 töltéssel, míg az oxigén a 6. csoportban kationt képez –2 töltéssel.