Obsah
Väčšina atómov a molekúl, s ktorými sa stretávame, je elektricky neutrálna, ale ióny hrajú v prírode dôležitú úlohu. Tieto nabité atómy môžu byť kladne nabité katióny alebo záporne nabité anióny. Katióny a anióny sa tvoria rôznymi spôsobmi. Pokiaľ ide o katióny, strata elektrónu im zanecháva čistý kladný náboj, zatiaľ čo v prípade aniónov je pridanie elektrónu čistým záporným nábojom. Pochopenie procesov za tým, vrátane ionizačnej energie a elektrónovej afinity rôznych atómov, vám pomôže pochopiť, prečo sa niektoré atómy stávajú ľahšie ako iné a čo spôsobuje ich vznik.
TL; DR (príliš dlho; neprečítané)
Katióny sú kladne nabité ióny, ktoré sa tvoria, keď atóm stratí elektrón ionizáciou. Množstvo energie potrebné na to sa nazýva ionizačná energia
Anióny sú záporne nabité ióny, ktoré sa tvoria, keď atóm získa elektrón. Energia v tomto procese sa nazýva elektrónová afinita.
Čo je to ión?
Atómy majú tri hlavné zložky: protóny, elektróny a neutróny. Neutróny sú elektricky neutrálne, a hoci hrajú dôležitú úlohu v jadrovej fyzike, nie sú relevantné pre tvorbu iónov, pretože neovplyvňujú náboj atómu, v ktorom sú. Protóny sú pozitívne nabité a zaberajú centrálne jadro atómu spolu s neutrónmi. Elektróny sú záporne nabitou časťou atómu a zaberajú „oblak“ okolo vonkajšej strany jadra. Elektróny a protóny majú rovnaké, ale opačné náboje a v prírodných formách prvkov sú v atómoch rovnaké počty To znamená, že prvky sú elektricky neutrálne, pretože náboje z protónov a elektrónov sa navzájom rušia.
Ión je nabitý atóm.Ak atóm získa elektrón, záporný náboj preváži kladný náboj a celý atóm získa záporný náboj. Tieto ióny sa nazývajú anióny. Ak atóm stratí elektrón, potom je viac kladný náboj ako záporný náboj a atóm ako celok sa stáva kladne nabitým iónom. Toto sa nazýva katión.
Ako sa formujú katióny?
Katióny vznikajú, keď neutrálny atóm stratí elektrón. Kovy sú náchylné k strate elektrónov v dôsledku usporiadania elektrónov okolo jadra. Elektróny zaberajú rôzne jadrá okolo jadra a tieto môžu byť zoskupené do rôznych úrovní energie. Elektrón v obežnej dráhe s vysokou úrovňou energie je ďalej od jadra. Atómy s úplnou úrovňou vonkajšej energie sú stabilné, ale ak existuje malý počet elektrónov vo vonkajšej úrovni energie, sú náchylné k strate elektrónov. Elektróny v plnej energetickej úrovni „chránia“ veľa pozitívneho náboja z jadra. Výsledkom je, že vonkajšie elektróny sú na jadro viazané iba slabo.
Katióny sa tvoria procesom ionizácie, keď sa elektrónu dodáva dostatok energie (napríklad pomocou svetla s dostatočne vysokou energiou), aby ho odstránil z príťažlivosti jadra. Energia potrebná na to sa nazýva ionizačná energia. Prvá ionizačná energia vám povie, koľko energie potrebujete na odstránenie jedného elektrónu; druhá ionizačná energia vám povie, koľko je potrebné na odstránenie druhej a tak ďalej.
Na výslednom ióne môžete zistiť náboj na základe skupiny periodickej tabuľky, v ktorej je prvok. Napríklad sodík je v skupine 1 a tvorí katión s nábojom +1. Horčík je v skupine 2 a po strate dvoch elektrónov na ionizáciu vytvára katión s nábojom +2. Hliník je v skupine 3 a tvorí +3 katión. Prvky skupiny 4 netvoria anióny a prvky vyššej skupiny tvoria anióny.
Ako sa tvoria anióny?
Anióny sa tvoria opačným postupom ako katióny. Namiesto straty elektrónu môžu nekovové atómy získať elektrón. Je to preto, že ich vonkajšia úroveň energie je takmer plná. Termín elektrónová afinita opisuje tendenciu neutrálnych atómov získavať elektróny. Rovnako ako ionizačná energia má jednotky energie, ale na rozdiel od ionizačnej energie má zápornú hodnotu, pretože energia sa uvoľní, keď sa pridajú elektróny, zatiaľ čo absorbuje sa, keď sa elektróny odstránia.
Všeobecne majú prvky vo vyšších skupinách (tie, ktoré sú ďalej vpravo v periodickej tabuľke) vyššie afinity elektrónov a prvky vo vyššom riadku svojich skupín (ďalej smerom k hornej časti periodickej tabuľky) majú vyššie afinity elektrónov. Pokles afinity elektrónov pri pohybe nadol v danom stĺpci súvisí so zvýšenou vzdialenosťou medzi vonkajšími obalmi a jadrom, ako aj s tienením ostatných elektrónov pri nižších úrovniach energie. Zvýšenie afinity pri pohybe zľava doprava je spôsobené tým, že úroveň energie sa priblíži k úplnému obsadeniu.
Pokiaľ ide o katióny, skupina prvku vám povie, aký poplatok bude zodpovedajúci anión. Výsledný poplatok je číslo skupiny mínus osem. Chlór v skupine 7 tvorí anión s nábojom -1 a kyslík v skupine 6 tvorí katión s nábojom -2.