Ioonid
Ioon on aatom või aatomirühm, mille elektronide ja prootonite arv ei ole võrdne ning millel on seetõttu netoelektrilaeng. Iooni laeng ei ole „juurde saadud prootonite” arv: tavalises keemias muutub elektronide arv, samal ajal kui tuuma Z jääb samaks.
Visuaalne mudel
Interaktiivne mudel
Laeng elektronide loendamisest
Elementaarlaengu ühikutes on q/e = Z − nₑ. Kui elektrone on prootonitest vähem, on osake katioon; kui rohkem, anioon. Na⁺ sisaldab 11 prootonit ja 10 elektroni, Cl⁻ 17 prootonit ja 18 elektroni.
Iooni moodustumine ei muuda elemendi identiteeti. Na ja Na⁺ on mõlemad naatrium, sest mõlemal on Z = 11. Tuumareaktsioon, mis muudaks prootonite arvu, oleks juba transmutatsioon.
Elektronkonfiguratsioon ja iooni suurus
Põhirühma katioonid moodustuvad sageli väliskihi elektronide eemaldamisel. Na [Ne]3s¹ → Na⁺ [Ne], mistõttu kaob kogu n = 3 hõivatud kiht ja ioon on neutraalsest aatomist palju väiksem.
Aniooni moodustumisel lisandub elektron olemasolevasse valentspiirkonda, mis suurendab elektron-elektron tõuget; anioon on tavaliselt suurem. Siirdemetallide puhul eemaldatakse katiooni moodustumisel sageli ns elektronid enne (n−1)d elektrone.
Ioonsed ühendid ja laengutasakaal
Ioonse ühendi valem peab olema elektriliselt neutraalne. Al³⁺ ja O²⁻ väikseim täisarvuline kombinatsioon on Al₂O₃, sest 2·(+3)+3·(−2)=0. Alaindeksid tulenevad laengutasakaalust, mitte lihtsalt laengunumbrite ümberkirjutamisest.
Kristallis paiknevad ioonid ulatuslikus võres. NaCl valemiühik kirjeldab 1:1 suhet, mitte eraldiseisvat NaCl molekuli. Võreenergia ja struktuur sõltuvad laengutest, ioonide suurusest ja pakkumisest.
Ioonid lahuses
Vees stabiliseerivad polaarsed H₂O molekulid ioone hüdratatsiooniga: hapniku osaline negatiivne ots orienteerub katiooni poole ja vesinike osalised positiivsed otsad aniooni poole. Lahustuvus sõltub hüdratatsiooni ja võre lõhkumise energiabilansist.
Lahustunud ioonid kannavad elektrivoolu, sest nad saavad elektriväljas liikuda. Tahkes ioonkristallis on laengukandjad fikseeritud võrekohtades ja juhtivus on tavaliselt väike.
Mitmeaatomilised ja isoelektroonilised ioonid
Mitmeaatomilises ioonis, näiteks SO₄²⁻ või NH₄⁺, kuulub netolaeng kogu seotud rühmale. Lewis-struktuur ja formaallaengud aitavad elektronide jaotust kirjeldada, kuid netolaeng on kõigi tuumade ja elektronide summa.
Isoelektroonilised osakesed O²⁻, F⁻, Ne, Na⁺ ja Mg²⁺ sisaldavad kõik 10 elektroni. Suurema Z korral tõmbab tuum sama elektronide hulka tugevamalt kokku, mistõttu raadius väheneb O²⁻-st Mg²⁺ poole.
Ülesanded
Kaltsiumioon
Mitu elektroni on Ca²⁺ ioonis, kui Z = 20?
Lahendus: nₑ = Z − 2 = 18.
Oksiid
Mitu elektroni on O²⁻ ioonis, kui Z = 8?
Lahendus: Anioonil on kaks lisaelektroni: nₑ = 10.
Alumiiniumoksiid
Miks on valem Al₂O₃?
Lahendus: 2·(+3)+3·(−2)=0; see on väikseim neutraalne täisarvuline suhe.