Содержание
Большинство атомов и молекул, с которыми мы сталкиваемся, электрически нейтральны, но ионы играют важную роль в природе. Эти заряженные атомы могут быть положительно заряженными катионами или отрицательно заряженными анионами. Катионы и анионы образуются по-разному. Для катионов потеря электрона оставляет их с чистым положительным зарядом, тогда как для анионов добавление электрона оставляет их с чистым отрицательным зарядом. Понимание процессов, стоящих за этим, включая энергию ионизации и сродство к электрону разных атомов, поможет вам понять, почему одни атомы становятся ионами легче, чем другие, и что является причиной этого.
TL; DR (слишком долго; не читал)
Катионы - это положительно заряженные ионы, образующиеся, когда атом теряет электрон в результате ионизации. Количество энергии, необходимое для этого, называется энергией ионизации.
Анионы - это отрицательно заряженные ионы, образующиеся, когда атом приобретает электрон. Энергия в этом процессе называется сродством к электрону.
Что такое ион?
Атомы имеют три основных компонента: протоны, электроны и нейтроны. Нейтроны электрически нейтральны, и хотя они играют важную роль в ядерной физике, они не имеют отношения к образованию ионов, поскольку они не влияют на заряд атома, в котором они находятся. Протоны заряжены положительно и занимают центральное ядро атома вместе с нейтронами. Электроны являются отрицательно заряженной частью атома, и они занимают «облако» вокруг внешней части ядра. Электроны и протоны имеют равные, но противоположные заряды, а в естественных формах элементов в атоме есть равные числа каждого Это означает, что элементы электрически нейтральны, потому что заряды от протонов и электронов нейтрализуют друг друга.
Ион - это заряженный атом.Если атом приобретает электрон, отрицательный заряд перевешивает положительный заряд, а весь атом приобретает отрицательный заряд. Эти ионы называются анионами. Если атом теряет электрон, то положительного заряда больше, чем отрицательного, и атом в целом становится положительно заряженным ионом. Это называется катионом.
Как образуются катионы?
Катионы образуются, когда нейтральный атом теряет электрон. Металлы склонны к потере электронов в результате расположения электронов вокруг ядра. Электроны занимают разные орбитали вокруг ядра, и они могут быть сгруппированы в разные энергетические уровни. Электрон на орбите с высоким энергетическим уровнем находится дальше от ядра. Атомы с полным уровнем внешней энергии стабильны, но если на внешнем уровне энергии имеется небольшое количество электронов, они склонны к потере электронов. Электроны на полных энергетических уровнях «экранируют» много положительного заряда от ядра. В результате внешние электроны слабо связаны с ядром.
Катионы образуются в результате процесса ионизации, когда электрону дается достаточная энергия (например, под действием света с достаточно высокой энергией), чтобы отделить его от притяжения ядра. Энергия, необходимая для этого, называется энергией ионизации. Первая энергия ионизации говорит вам, сколько энергии вам нужно, чтобы удалить один электрон; вторая энергия ионизации говорит вам, сколько требуется, чтобы удалить второй, и так далее.
Вы можете рассчитать заряд полученного иона на основе группы периодической таблицы, в которой находится элемент. Например, натрий входит в группу 1, и он образует катион с зарядом +1. Магний входит в группу 2 и образует катион с зарядом +2 после потери двух электронов на ионизацию. Алюминий находится в группе 3 и образует катион +3. Элементы группы 4 не образуют ионы, а элементы более высоких групп образуют анионы.
Как образуются анионы?
Анионы образуются в результате процесса, противоположного катионам. Вместо потери электрона неметаллические атомы могут получить электрон. Это потому, что их уровень внешней энергии почти полон. Термин сродство к электрону описывает тенденцию нейтральных атомов приобретать электроны. Как и энергия ионизации, она имеет единицы энергии, но, в отличие от энергии ионизации, имеет отрицательное значение, поскольку энергия высвобождается при добавлении электронов, тогда как она поглощается при удалении электронов.
В целом, элементы в более высоких группах (те, которые находятся справа от периодической таблицы) имеют более высокое сродство к электрону, а элементы в более высоком ряду их групп (далее к вершине периодической таблицы) имеют более высокое сродство к электрону. Уменьшение сродства к электрону при перемещении вниз по заданному столбцу связано с увеличением расстояния между внешними оболочками и ядром, а также с защитой от других электронов на более низких энергетических уровнях. Увеличение сродства при перемещении слева направо объясняется тем, что энергетические уровни становятся ближе к полной занятости.
Что касается катионов, группа элемента говорит вам, каким зарядом будет соответствующий анион. Полученный заряд - номер группы минус восемь. Хлор в группе 7 образует анион с зарядом -1, а кислород в группе 6 образует катион с зарядом -2.