Hvordan dannes kationer?

De fleste atomer og molekyler, vi støder på, er elektrisk neutrale, men ioner spiller en vigtig rolle i naturen. Disse ladede atomer kan være positivt ladede kationer eller negativt ladede anioner. Kationer og anioner dannes på forskellige måder. For kationer efterlader tabet af en elektron dem en netto positiv ladning, mens tilføjelsen af en elektron efterlader dem med en negativ negativ ladning for anioner. At forstå processerne bag dette, herunder ioniseringsenergi og elektronaffinitet i forskellige atomer, hjælper dig med at se, hvorfor visse atomer lettere bliver ioner end andre, og hvad der får det til at ske.

TL; DR (For lang; Didn 't læst)

Kationer er positivt ladede ioner dannet, når et atom mister et elektron gennem ionisering. Mængden af energi, der kræves for at gøre dette, kaldes ioniseringsenergien.

Anioner er negativt ladede ioner dannet, når et atom får et elektron. Energien i denne proces kaldes elektronaffinitet.
Hvad er en ion?

Atomer har tre hovedkomponenter: protoner, elektron og neutroner. Neutroner er elektrisk neutrale, og selvom de spiller en vigtig rolle i nukleær fysik, er de ikke relevante for dannelsen af ioner, fordi de ikke påvirker ladningen af det atom, de er i. Protoner er positivt ladede, og de besætter atomens centrale kerne sammen med neutronerne. Elektroner er den negativt ladede del af atomet, og de optager en "sky" omkring ydersiden af kernen. Elektroner og protoner har lige men modsatte ladninger, og i de naturlige elementer er der lige mange numre i hvert atom Dette betyder, at elementer er elektrisk neutrale, fordi ladningerne fra protoner og elektroner annullerer hinanden.

En ion er et ladet atom. Hvis et atom får et elektron, opvejer den negative ladning den positive ladning, og hele atom får en negativ ladning. Disse ioner kaldes anioner. Hvis atomet mister et elektron, er der mere positiv ladning end negativ ladning, og atomet som helhed bliver en positivt ladet ion. Dette kaldes en kation.
Hvordan dannes kationer?

Kationer dannes, når et neutralt atom mister et elektron. Metaller er tilbøjelige til at miste elektroner som et resultat af arrangementet af elektroner rundt om kernen. Elektroner optager forskellige orbitaler omkring kernen, og disse c en grupperes i forskellige energiniveauer. En elektron i en orbital med et højt energiniveau er længere væk fra kernen. Atomer med et fuldt ydre energiniveau er stabile, men hvis der er et lille antal elektroner i det ydre energiniveau, er de tilbøjelige til at miste elektroner. Elektronerne i de fulde energiniveauer “afskærmer” meget af den positive ladning fra kernen. Som et resultat er de ydre elektroner kun svagt bundet til kernen.

Kationer dannes ved ioniseringsprocessen, når der gives tilstrækkelig energi til elektronet (i lys af for eksempel en høj nok energi til at) stribe det væk fra attraktionen i kernen. Den energi, der kræves til dette, kaldes ioniseringsenergien. Den første ioniseringsenergi fortæller dig, hvor meget energi du har brug for for at fjerne en elektron; den anden ioniseringsenergi fortæller dig, hvor meget der kræves for at fjerne den anden osv.

Du kan beregne ladningen på den resulterende ion baseret på gruppen i det periodiske system, elementet er i. For eksempel er natrium i gruppe 1, og det danner en kation med en +1-ladning. Magnesium er i gruppe 2, og det danner en kation med en +2-ladning efter at have mistet to elektroner til ionisering. Aluminium er i gruppe 3 og danner en +3 kation. Gruppe 4-elementer danner ikke ioner, og højere-gruppe-elementer danner anioner i stedet.
Hvordan dannes anioner?

Anioner dannes ved den modsatte proces til kationer. I stedet for at miste et elektron kan ikke-metale atomer få et elektron. Dette skyldes, at deres ydre energiniveau er næsten fuldt. Udtrykket elektronaffinitet beskriver tendensen for neutrale atomer til at få elektroner. Ligesom ioniseringsenergi har den energienheder, men i modsætning til ioniseringsenergi har den en negativ værdi, fordi energi frigives, når der tilføjes elektroner, mens den absorberes, når elektroner fjernes.

Generelt er elementer i højere grupper (dem længere til højre på det periodiske system) har højere elektronaffiniteter, og elementer i en højere række af deres grupper (længere mod toppen af det periodiske system) har højere elektronaffiniteter. Faldet i elektronaffinitet, når du bevæger dig ned ad en given søjle, er relateret til den øgede afstand mellem de ydre skaller og kernen, såvel som afskærmningen fra de andre elektroner i lavere energiniveau. Stigningen i affinitet, når du bevæger dig fra venstre til højre, skyldes, at energiniveauet kommer tættere på at blive fuldt optaget.

Hvad angår kationer, fortæller gruppen af elementet dig, hvilken ladning den tilsvarende anion vil være. Den resulterende afgift er gruppenummer minus otte. Klor, i gruppe 7, danner en anion med en −1 ladning, og ilt, i gruppe 6, danner en kation med en −2 ladning.