Sisältö
- TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
- Mikä on ioni?
- Kuinka kationit muodostuvat?
- Kuinka anionit muodostuvat?
Useimmat atomit ja molekyylit, joita kohtaamme, ovat sähköisesti neutraaleja, mutta ioneilla on tärkeä osa luonnossa. Nämä varautuneet atomit voivat olla positiivisesti varautuneita kationeja tai negatiivisesti varautuneita anioneja. Kationit ja anionit muodostuvat eri tavoin. Kationien tapauksessa elektronin häviö antaa heille positiivisen nettovarauksen, kun taas anionien tapauksessa elektronin lisäys jättää heille negatiivisen nettovarauksen. Tämän takana olevien prosessien, mukaan lukien eri atomien ionisaatioenergian ja elektronien affiniteetin, ymmärtäminen auttaa sinua ymmärtämään, miksi tietyistä atomeista tulee ioneja helpommin kuin toisia ja mikä aiheuttaa sen tapahtuvan.
TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
Kationit ovat positiivisesti varautuneita ioneja, jotka muodostuvat, kun atomi menettää elektronin ionisaation kautta. Tätä varten tarvittavaa energiamäärää kutsutaan ionisaatioenergiaksi
Anionit ovat negatiivisesti varautuneita ioneja, jotka muodostuvat, kun atomi saa elektronin. Tämän prosessin energiaa kutsutaan elektroniaffiniteetiksi.
Mikä on ioni?
Atomeilla on kolme pääkomponenttia: protonit, elektronit ja neutronit. Neutronit ovat sähköisesti neutraaleja, ja vaikka niillä on tärkeä osa ydinfysiikassa, ne eivät ole merkityksellisiä ionien muodostumiselle, koska ne eivät vaikuta niiden atomin varaukseen, joissa he ovat. Protonit ovat positiivisesti varautuneita ja miehittävät atomin keskusydin yhdessä neutronien kanssa. Elektronit ovat atomin negatiivisesti varautunut osa, ja ne vievät "pilven" ytimen ulkopinnan ympärille. Elektroneilla ja protoneilla on yhtä suuret, mutta vastakkaiset varaukset, ja elementtien luonnollisissa muodoissa atomissa on yhtä paljon lukuja Tämä tarkoittaa, että elementit ovat sähköisesti neutraaleja, koska protonien ja elektronien varaukset poistavat toisiaan.
Ioni on varautunut atomi.Jos atomi saa elektronin, negatiivinen varaus on suurempi kuin positiivinen varaus ja koko atomi saa negatiivisen varauksen. Näitä ioneja kutsutaan anioneiksi. Jos atomi menettää elektronin, niin siinä on enemmän positiivista varausta kuin negatiivista varausta, ja atomista kokonaisuudessaan tulee positiivisesti varautunut ioni. Tätä kutsutaan kationiksi.
Kuinka kationit muodostuvat?
Kationit muodostuvat, kun neutraali atomi menettää elektronin. Metallit ovat alttiita menettämään elektroneja elektronien järjestämisen seurauksena ytimen ympärille. Elektronit miehittävät erilaisia kiertoratoja ytimen ympärillä, ja nämä voidaan ryhmitellä eri energiatasoille. Elektroni kiertoradalla, jolla on korkea energiataso, on kauempana ytimestä. Atomit, joilla on täysi ulkoinen energiataso, ovat vakaita, mutta jos ulkoisessa energiatasossa on pieni määrä elektroneja, ne ovat alttiita menettämään elektroneja. Täysienergiatasojen elektronit "suojaavat" paljon ytimen positiivista varausta. Seurauksena on, että ulkoiset elektronit ovat vain heikosti sitoutuneet ytimeen.
Kationit muodostuvat ionisaatioprosessilla, kun elektronille annetaan riittävästi energiaa (esimerkiksi riittävän korkean energian valolla) sen poistamiseksi ytimen vetovoimasta. Tätä varten tarvittavaa energiaa kutsutaan ionisaatioenergiaksi. Ensimmäinen ionisaatioenergia kertoo kuinka paljon energiaa tarvitaan yhden elektronin poistamiseksi; toinen ionisaatioenergia kertoo kuinka paljon tarvitaan toisen poistamiseen jne.
Voit laskea saadun ionin varauksen sen jaksotaulukon ryhmän perusteella, jossa elementti on. Esimerkiksi natrium on ryhmässä 1, ja se muodostaa kationin +1-varauksella. Magnesium on ryhmässä 2, ja se muodostaa kationin, jonka varaus on +2, sen jälkeen kun kaksi elektronia on menettänyt ionisointinsa. Alumiini on ryhmässä 3 ja muodostaa +3-kationin. Ryhmän 4 elementit eivät muodosta ioneja, ja ylemmän ryhmän elementit muodostavat sen sijaan anioneja.
Kuinka anionit muodostuvat?
Anionit muodostuvat kationien vastakkaisesta prosessista. Elektronin menettämisen sijasta ei-metalliset atomit voivat saada elektronin. Tämä johtuu siitä, että heidän ulkoinen energiataso on melkein täynnä. Termi elektroniaffiniteetti kuvaa neutraalien atomien taipumusta saada elektronia. Kuten ionisaatioenergia, siinä on energiayksiköitä, mutta toisin kuin ionisaatioenergia, sillä on negatiivinen arvo, koska energia vapautuu, kun elektroneja lisätään, kun taas se absorboituu, kun elektroneja poistetaan.
Yleensä korkeampien ryhmien (jaksotaulukon oikealla puolella olevilla) elementeillä on suurempi elektroni-affiniteetti ja ryhmien korkeamman rivin elementeillä (edelleen kohti jaksollisen taulukon yläosaa) on suurempi elektroninen affiniteetti. Elektronien affiniteetin väheneminen siirryttäessä määrätystä pylväästä liittyy ulkokuorien ja ytimen väliseen etäisyyden lisääntymiseen, samoin kuin suojaukseen muilta elektroneilta, joiden energiataso on alhaisempi. Affiniteetin lisääntyminen siirryttäessä vasemmalta oikealle johtuu siitä, että energiatasot lähentyvät täysin miehitettyä.
Kationien suhteen elementtien ryhmä kertoo sinulle, mikä varaus vastaava anioni on. Tuloksena oleva maksu on ryhmän numero miinus kahdeksan. Kloori ryhmässä 7 muodostaa anionin −1-varauksella ja happi ryhmässä 6 muodostaa kationin −2-varauksella.