Съдържание
Повечето атоми и молекули, които срещаме, са електрически неутрални, но йони играят важна роля в природата. Тези заредени атоми могат да бъдат положително заредени катиони или отрицателно заредени аниони. Катионите и анионите се формират по различни начини. За катионите загубата на електрон ги оставя с нетен положителен заряд, докато при аниони добавянето на електрон ги оставя с нетен отрицателен заряд. Разбирането на процесите зад това, включително йонизационната енергия и афинитета на електроните на различни атоми, ви помага да разберете защо някои атоми стават йони по-лесно от други и какво причинява това да се случи.
TL; DR (Твърде дълго; Не четях)
Катионите са положително заредени йони, образувани, когато един атом губи електрон чрез йонизация. Количеството енергия, необходимо за това, се нарича йонизационна енергия
Анионите са отрицателно заредени йони, образувани, когато един атом спечели електрон. Енергията в този процес се нарича афинитет на електроните.
Какво е йон?
Атомите имат три основни компонента: протони, електрони и неутрони. Неутроните са електрически неутрални и макар да играят важна роля в ядрената физика, те нямат значение за образуването на йони, защото не влияят на заряда на атома, в който се намират. Протоните са положително заредени и заемат централното ядро на атома заедно с неутроните. Електроните са отрицателно заредената част на атома и заемат "облак" около външната част на ядрото. Електроните и протоните имат равни, но противоположни заряди, а в естествените форми на елементи има еднакви числа от всеки един атом Това означава, че елементите са електрически неутрални, тъй като зарядите от протоните и електроните се отменят взаимно.
Йонът е зареден атом.Ако един атом придобие електрон, отрицателният заряд надвишава положителния заряд, а целият атом придобива отрицателен заряд. Тези йони се наричат аниони. Ако атомът загуби електрон, тогава има по-положителен заряд от отрицателен заряд и атомът като цяло се превръща в положително зареден йон. Това се нарича катион.
Как се формират катиони?
Катионите се образуват, когато неутрален атом загуби електрон. Металите са склонни да губят електрони в резултат на подреждането на електрони около ядрото. Електроните заемат различни орбитали около ядрото и те могат да бъдат групирани в различни енергийни нива. Електрон в орбитала с високо енергийно ниво е по-далеч от ядрото. Атомите с пълно ниво на външна енергия са стабилни, но ако има малък брой електрони във външното енергийно ниво, те са склонни да губят електрони. Електроните в пълните енергийни нива „екранират“ голяма част от положителния заряд от ядрото. В резултат на това външните електрони са слабо свързани с ядрото.
Катионите се образуват при процеса на йонизация, когато на електрона се дава достатъчно енергия (например чрез светлина на достатъчно висока енергия), за да го отстрани от привличането на ядрото. Енергията, необходима за това, се нарича йонизационна енергия. Първата йонизационна енергия ви казва колко енергия е необходимо, за да премахнете един електрон; втората йонизационна енергия ви показва колко е необходимо за отстраняване на втората и т.н.
Можете да разработите заряда на получения йон въз основа на групата на периодичната таблица, в която е елементът. Например, натрият е в група 1 и образува катион с +1 заряд. Магнезият е в група 2 и образува катион с +2 заряд след загуба на два електрона при йонизация. Алуминият е в група 3 и образува +3 катион. Елементите от група 4 не образуват йони, а елементите от по-висока група вместо това образуват аниони.
Как се формират аниони?
Анионите се образуват по обратен на катионите процес. Вместо да загубят електрон, неметалните атоми могат да получат електрон. Това е така, защото тяхното ниво на външна енергия е почти пълно. Терминът електронен афинитет описва тенденцията неутралните атоми да получават електрони. Подобно на йонизационната енергия, тя има единици енергия, но за разлика от йонизационната енергия, тя има отрицателна стойност, тъй като енергията се освобождава при добавяне на електрони, докато се абсорбира при отстраняване на електрони.
По принцип елементите в по-високите групи (тези по-надясно на периодичната таблица) имат по-висок афинитет към електрон и елементите в по-висок ред на групите си (по-нататък в началото на периодичната таблица) имат по-висок афинитет към електрон. Намаляването на афинитета на електроните, когато се движите надолу по дадена колона, е свързано с увеличеното разстояние между външните обвивки и ядрото, както и с екранирането от другите електрони при по-ниски енергийни нива. Увеличаването на афинитета при преминаване отляво надясно се дължи на това, че нивата на енергия се доближават до пълното заемане.
Що се отнася до катионите, групата на елемента ви казва какво зареждане ще бъде съответният анион. Получената такса е груповото число минус осем. Хлорът в група 7 образува анион с -1 заряд, а кислородът в група 6 образува катион с −2 заряд.