Περιεχόμενο
Τα περισσότερα άτομα και μόρια που αντιμετωπίζουμε είναι ηλεκτρικά ουδέτερα, αλλά τα ιόντα διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στη φύση. Αυτά τα φορτισμένα άτομα μπορούν να είναι θετικά φορτισμένα κατιόντα ή αρνητικά φορτισμένα ανιόντα. Τα κατιόντα και τα ανιόντα σχηματίζονται με διάφορους τρόπους. Για τα κατιόντα, η απώλεια ενός ηλεκτρονίου τους αφήνει καθαρό θετικό φορτίο, ενώ για τα ανιόντα, η προσθήκη ενός ηλεκτρονίου τους αφήνει ένα καθαρό αρνητικό φορτίο. Η κατανόηση των διαδικασιών πίσω από αυτό, συμπεριλαμβανομένης της ενέργειας ιονισμού και συγγένειας ηλεκτρονίων διαφόρων ατόμων, σας βοηθάει να δείτε γιατί ορισμένα άτομα γίνονται πιο εύκολα από τα άλλα και τι προκαλεί αυτό.
TL · DR (Πολύ μακρύ;
Τα κατιόντα είναι θετικά φορτισμένα ιόντα που σχηματίζονται όταν ένα άτομο χάνει ένα ηλεκτρόνιο μέσω ιονισμού. Η ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για να γίνει αυτό ονομάζεται ενέργεια ιονισμού
Τα ανιόντα είναι αρνητικά φορτισμένα ιόντα που σχηματίζονται όταν ένα άτομο αποκτά ένα ηλεκτρόνιο. Η ενέργεια σε αυτή τη διαδικασία ονομάζεται συγγένεια ηλεκτρονίων.
Τι είναι ένα ιόν;
Τα άτομα έχουν τρία βασικά συστατικά: πρωτόνια, ηλεκτρόνια και νετρόνια. Τα νετρόνια είναι ηλεκτρικά ουδέτερα και αν και παίζουν σημαντικό ρόλο στην πυρηνική φυσική, δεν σχετίζονται με το σχηματισμό ιόντων επειδή δεν επηρεάζουν τη φόρτιση του ατόμου στο οποίο βρίσκονται. Τα πρωτόνια είναι θετικά φορτισμένα και καταλαμβάνουν τον κεντρικό πυρήνα του ατόμου μαζί με τα νετρόνια. Τα ηλεκτρόνια είναι το αρνητικά φορτισμένο μέρος του ατόμου και καταλαμβάνουν ένα "σύννεφο" γύρω από το εξωτερικό του πυρήνα. Τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια έχουν ίσα αλλά αντίθετα φορτία, και στις φυσικές μορφές των στοιχείων, υπάρχουν ίσοι αριθμοί από καθένα σε ένα άτομο .Αυτό σημαίνει ότι τα στοιχεία είναι ηλεκτρικά ουδέτερα, επειδή τα φορτία από τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια ακυρώνονται το ένα το άλλο.
Ένα ιόν είναι ένα φορτισμένο άτομο.Εάν ένα άτομο κερδίσει ένα ηλεκτρόνιο, το αρνητικό φορτίο υπερβαίνει το θετικό φορτίο και ολόκληρο το άτομο αποκτά αρνητικό φορτίο. Αυτά τα ιόντα ονομάζονται ανιόντα. Εάν το άτομο χάνει ένα ηλεκτρόνιο, τότε υπάρχει περισσότερο θετικό φορτίο από το αρνητικό φορτίο και το άτομο ως σύνολο γίνεται ένα θετικά φορτισμένο ιόν. Αυτό ονομάζεται κατιόν.
Πώς σχηματίζονται κατιόντα;
Τα κατιόντα σχηματίζονται όταν ένα ουδέτερο άτομο χάνει ένα ηλεκτρόνιο. Τα μέταλλα έχουν την τάση να χάνουν ηλεκτρόνια ως αποτέλεσμα της διευθέτησης των ηλεκτρονίων γύρω από τον πυρήνα. Τα ηλεκτρόνια καταλαμβάνουν διαφορετικά τροχιακά γύρω από τον πυρήνα και αυτά μπορούν να ομαδοποιηθούν σε διαφορετικά επίπεδα ενέργειας. Ένα ηλεκτρόνιο σε τροχιά με υψηλό επίπεδο ενέργειας είναι πιο μακριά από τον πυρήνα. Τα άτομα με πλήρη εξωτερική ενεργειακή στάθμη είναι σταθερά, αλλά αν υπάρχει μικρός αριθμός ηλεκτρονίων στο εξωτερικό επίπεδο ενέργειας, είναι επιρρεπείς στην απώλεια ηλεκτρονίων. Τα ηλεκτρόνια σε πλήρη επίπεδα ενέργειας "προστατεύουν" πολύ από το θετικό φορτίο από τον πυρήνα. Ως αποτέλεσμα, τα εξωτερικά ηλεκτρόνια είναι μόνο ασθενώς συνδεδεμένα με τον πυρήνα.
Τα κατιόντα σχηματίζονται από τη διαδικασία του ιονισμού όταν δοθεί επαρκής ενέργεια στο ηλεκτρόνιο (για παράδειγμα, με το φως αρκετά υψηλής ενέργειας) για να απομακρυνθεί από την έλξη του πυρήνα. Η ενέργεια που απαιτείται για να γίνει αυτό ονομάζεται ενέργεια ιονισμού. Η πρώτη ενέργεια ιοντισμού σας λέει πόση ενέργεια χρειάζεστε για να αφαιρέσετε ένα ηλεκτρόνιο. η δεύτερη ενέργεια ιοντισμού σας λέει πόσο απαιτείται για να αφαιρέσετε το δεύτερο και ούτω καθεξής.
Μπορείτε να υπολογίσετε το φορτίο στο ιόν που προκύπτει με βάση την ομάδα του περιοδικού πίνακα στο οποίο βρίσκεται το στοιχείο. Για παράδειγμα, το νάτριο βρίσκεται στην ομάδα 1 και σχηματίζει ένα κατιόν με φορτίο +1. Το μαγνήσιο είναι στην ομάδα 2 και σχηματίζει ένα κατιόν με φορτίο + 2 αφού χάσει δύο ηλεκτρόνια στον ιονισμό. Το αλουμίνιο είναι στην ομάδα 3 και σχηματίζει ένα κατιόν +3. Τα στοιχεία της ομάδας 4 δεν σχηματίζουν ιόντα, ενώ τα στοιχεία ανώτερης ομάδας σχηματίζουν ανιόντα.
Πώς σχηματίζουν τα ανιόντα;
Τα ανιόντα σχηματίζονται από την αντίθετη διαδικασία στα κατιόντα. Αντί να χάσουν ένα ηλεκτρόνιο, τα μη μεταλλικά άτομα μπορούν να αποκτήσουν ένα ηλεκτρόνιο. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το εξωτερικό επίπεδο ενέργειας είναι σχεδόν πλήρες. Ο όρος συγγένεια ηλεκτρονίων περιγράφει την τάση για ουδέτερα άτομα να αποκτήσουν ηλεκτρόνια. Όπως η ενέργεια ιονισμού, έχει μονάδες ενέργειας, αλλά σε αντίθεση με την ενέργεια ιονισμού, έχει αρνητική τιμή επειδή η ενέργεια απελευθερώνεται όταν προστίθενται ηλεκτρόνια, ενώ απορροφάται όταν αφαιρούνται τα ηλεκτρόνια.
Γενικά, τα στοιχεία σε ανώτερες ομάδες (εκείνα που βρίσκονται πιο δεξιά στο περιοδικό πίνακα) έχουν υψηλότερες συγγένειες ηλεκτρονίων και στοιχεία σε υψηλότερη σειρά των ομάδων τους (προς την κορυφή του περιοδικού πίνακα) έχουν υψηλότερες συγγένειες ηλεκτρονίων. Η μείωση της συγγένειας ηλεκτρονίων καθώς μετακινείτε μια δεδομένη στήλη σχετίζεται με την αυξημένη απόσταση μεταξύ των εξωτερικών κελυφών και του πυρήνα, καθώς και με τη θωράκιση από τα άλλα ηλεκτρόνια σε χαμηλότερα επίπεδα ενέργειας. Η αύξηση της συγγένειας καθώς μετακινείτε από αριστερά προς τα δεξιά οφείλεται στο γεγονός ότι τα επίπεδα ενέργειας πλησιάζουν την πλήρη κατοχή.
Όσον αφορά τα κατιόντα, η ομάδα του στοιχείου σας λέει τι φορτίο θα είναι το αντίστοιχο ανιόν. Η προκύπτουσα επιβάρυνση είναι ο αριθμός ομάδας μείον οκτώ. Το χλώριο, στην ομάδα 7, σχηματίζει ένα ανιόν με φορτίο -1, και το οξυγόνο, στην ομάδα 6, σχηματίζει ένα κατιόν με ένα φορτίο -2.