Sisu
Enamik aatomeid ja molekule, millega me kokku puutume, on elektriliselt neutraalsed, kuid ioonid mängivad looduses olulist rolli. Need laetud aatomid võivad olla positiivselt laetud katioonid või negatiivselt laetud anioonid. Katioonid ja anioonid moodustuvad erineval viisil. Katioonide puhul annab elektronide kaotus neile positiivse netolaengu, anioonide korral aga elektronide lisamisega neto negatiivne laeng. Selle taga toimuvate protsesside, sealhulgas erinevate aatomite ionisatsioonienergia ja elektronide afiinsuse mõistmine aitab teil mõista, miks teatud aatomid muutuvad kergemini ioonideks kui teised ja mis põhjustab selle toimumist.
TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
Katioonid on positiivselt laetud ioonid, mis moodustuvad, kui aatom kaotab ionisatsiooni teel elektroni. Selle jaoks vajaminevat energiakogust nimetatakse ionisatsioonienergiaks
Anioonid on negatiivselt laetud ioonid, mis moodustuvad, kui aatom omandab elektroni. Selle protsessi energiat nimetatakse elektronide afiinsuseks.
Mis on ioon?
Aatomitel on kolm peamist komponenti: prootonid, elektronid ja neutronid. Neutronid on elektriliselt neutraalsed ja kuigi nad mängivad olulist rolli tuumafüüsikas, ei ole need ioonide moodustumisel olulised, kuna need ei mõjuta neis asuva aatomi laengut. Prootonid on positiivselt laetud ja hõivavad aatomi keskne tuum koos neutronitega. Elektronid on aatomi negatiivselt laetud osa ja nad hõivavad tuuma väliskülje ümber "pilve". Elektronidel ja prootonitel on võrdsed, kuid vastupidised laengud ning elementide looduslikes vormides on aatomis võrdsed arvud. See tähendab, et elemendid on elektriliselt neutraalsed, kuna prootonite ja elektronide laengud tühistavad üksteise.
Ioon on laetud aatom.Kui aatom võidab elektroni, kaalub negatiivne laeng positiivse laengu üles ja kogu aatom saab negatiivse laengu. Neid ioone nimetatakse anioonideks. Kui aatom kaotab elektroni, siis on rohkem positiivset laengut kui negatiivset laengut ja aatom tervikuna muutub positiivselt laetud iooniks. Seda nimetatakse katiooniks.
Kuidas katioone moodustatakse?
Katioonid moodustuvad, kui neutraalne aatom kaotab elektroni. Metallid on altid elektronide kaotamisele tuuma ümber paiknevate elektronide korral. Elektronid hõivavad tuuma ümber erinevaid orbitaale ja neid saab grupeerida erinevatesse energiatasanditesse. Suure energiatasemega orbitaalis olev elektron asub tuumast kaugemal. Täieliku välise energiatasandiga aatomid on stabiilsed, kuid kui välimises energiatasandis on väike arv elektrone, on neil altid elektronid kaotada. Täisenergia tasemetel olevad elektronid varjutavad tuumas palju positiivset laengu. Selle tagajärjel on välimised elektronid tuumaga nõrgalt seotud.
Katioonid moodustuvad ionisatsiooni käigus, kui elektronile antakse piisavalt energiat (näiteks piisavalt suure energia valguse käes), et see tuuma külgetõmbejõust eemale tõmmata. Selle tegemiseks vajalikku energiat nimetatakse ionisatsioonienergiaks. Esimene ionisatsioonienergia ütleb teile, kui palju energiat teil on vaja ühe elektroni eemaldamiseks; teine ionisatsioonienergia ütleb teile, kui palju on vaja teise eemaldamiseks jne.
Saadud iooni laengut saab arvutada perioodilise tabeli rühma alusel, milles element asub. Näiteks naatrium on rühmas 1 ja see moodustab katiooni +1 laenguga. Magneesium on rühmas 2 ja pärast kahe elektroni kaotamist ionisatsioonile moodustab see katiooni +2 laenguga. Alumiinium on rühmas 3 ja moodustab +3 katiooni. 4. rühma elemendid ei moodusta ioone ja kõrgema rühma elemendid moodustavad selle asemel anioone.
Kuidas anioonid tekivad?
Anioonid moodustavad katioonidele vastupidise protsessi. Elektroni kaotamise asemel võivad mittemetalliaatomid saada elektroni. Selle põhjuseks on asjaolu, et nende välimine energiatase on peaaegu täis. Termin elektronide afiinsus kirjeldab neutraalsete aatomite kalduvust elektronide saamiseks. Nagu ionisatsioonienergial, on sellel ka energiaühikuid, kuid erinevalt ionisatsioonienergiast on sellel negatiivne väärtus, kuna elektronide lisamisel vabaneb energia, samas kui elektronide eemaldamisel see neeldub.
Üldiselt on kõrgemate rühmade (perioodilise tabeli paremal pool paiknevate) elementide elektronide afiinsus kõrgem ja nende rühmade kõrgemas reas olevate elementide (edasi perioodilise tabeli ülaosale) elementide elektronide afiinsus on suurem. Elektronide afiinsuse vähenemine antud kolonnist allapoole liikudes on seotud suurenenud vahemaaga väliskestade ja tuuma vahel, samuti varjestusega teistest madalama energiatasemega elektronidest. Vasakult paremale liikudes suureneb afiinsus seetõttu, et energiatase läheneb täielikult hõivatud olekule.
Katioonide osas ütleb elementide rühm teile, milline laeng vastav anioon saab. Saadud laeng on rühma number miinus kaheksa. Kloor moodustab rühmas 7 aniooni −1 laenguga ja hapnik grupis 6 moodustab katiooni −2 laenguga.