Innhold
De fleste atomer og molekyler vi møter er elektrisk nøytrale, men ioner spiller en viktig rolle i naturen. Disse ladede atomer kan være positivt ladede kationer eller negativt ladede anioner. Kationer og anioner dannes på forskjellige måter. For kationer etterlater tapet av et elektron en nettopositiv ladning, mens for anioner gir tilsetningen av et elektron dem en netto negativ ladning. Å forstå prosessene bak dette, inkludert ioniseringsenergien og elektronaffiniteten til forskjellige atomer, hjelper deg å se hvorfor visse atomer blir ioner lettere enn andre, og hva som får det til å skje.
TL; DR (for lang; ikke lest)
Kationer er positivt ladede ioner som dannes 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.
Hva er en ion?
Atomer har tre hovedkomponenter: protoner, elektron og nøytroner. Nøytroner er elektrisk nøytrale, og selv om de spiller en viktig rolle i kjernefysikk, er de ikke relevante for dannelsen av ioner fordi de ikke påvirker ladningen til atomet de er i. Protoner er positivt ladet, og de okkuperer atomens sentrale kjerne 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 formene av elementer er det like antall av hvert i et atom Dette betyr at elementer 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 kation.
Hvordan dannes kationer?
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 opptar forskjellige orbitaler rundt kjernen, og disse kan grupperes i forskjellige energinivåer. Et elektron i en orbital med høyt energinivå er lenger borte fra kjernen. Atomer med 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 "skjermer" mye av den positive ladningen fra kjernen. Som et resultat er de ytre elektronene bare svakt bundet til kjernen.
Kationer dannes ved ioniseringsprosessen når elektronet gis tilstrekkelig energi (ved hjelp av for eksempel en høy nok energi) til å fjerne det bort fra kjernen. Energien som kreves for å gjøre dette kalles ioniseringsenergi. 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 i det periodiske systemet elementet er i. For eksempel er natrium i gruppe 1, og det danner en kation med en +1-ladning. Magnesium er i gruppe 2, og det danner et kation med en +2-ladning etter å ha mistet to elektroner til ionisering. Aluminium er i gruppe 3 og danner en +3 kation. Element i gruppe 4 danner ikke ioner, og elementer med høyere gruppe danner anioner i stedet.
Hvordan danner anioner?
Anioner danner den motsatte prosessen med kationer. I stedet for å miste et elektron, kan ikke-metaller atomer få et elektron. Dette fordi deres ytre energinivå er nesten fullt. Begrepet elektronaffinitet beskriver tendensen til at nøytrale atomer får elektroner. I likhet med ioniseringsenergi har den energienheter, men i motsetning til ioniseringsenergi har den en negativ verdi fordi energi frigjøres når elektroner tilsettes, mens den tas opp når elektroner fjernes.
Generelt har elementer i høyere grupper (de lenger til høyre på det periodiske tabellen) høyere elektronaffiniteter, og elementer i en høyere rad i gruppene deres (videre mot toppen av det periodiske tabellen) har høyere elektronaffiniteter. Nedgangen i elektronaffinitet når du beveger deg nedover i en gitt kolonne er relatert til den økte avstanden mellom de ytre skjellene og kjernen, samt avskjerming fra de andre elektronene i lavere energinivå. Økningen i affinitet når du beveger deg fra venstre til høyre er fordi energinivåene kommer nærmere å være fullstendig opptatt.
Når det gjelder kationer forteller gruppen av elementet deg hvilken ladning den tilsvarende anjonen vil være. Den resulterende ladningen er gruppenummer 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.