Ionit
Ioni on atomi tai atomiryhmä, jonka nettosähkövaraus ei ole nolla. Tavallisessa kemiallisessa ionisaatiossa muuttuu elektronien määrä, ei protonien määrä. Siksi alkuaineen identiteetti säilyy: natriumatomi ja Na⁺-ioni ovat edelleen natriumia, vaikka niiden elektronimäärä ja kemiallinen käyttäytyminen eroavat.
Kationi ja anioni
Kun neutraali atomi menettää elektroneja, siitä tulee positiivinen kationi. Kun se vastaanottaa elektroneja, siitä tulee negatiivinen anioni. Esimerkiksi Na→Na⁺+e⁻ ja Cl+e⁻→Cl⁻. Varauksen merkki seuraa protonien ja elektronien lukumäärän erotuksesta.
Protonimäärä ei muutu
Kemiallinen reaktio järjestelee valenssielektroneja ja sidoksia. Jos protonien määrä ytimessä muuttuisi, kyseessä olisi ydinreaktio ja alkuaine vaihtuisi. Tämä ero auttaa erottamaan kemiallisen ionisaation radioaktiivisesta tai muusta ydinmuutoksesta.
Miksi ionisäde muuttuu
Kationi on yleensä pienempi kuin lähtöatomi, koska elektronien välinen hylkiminen vähenee ja jäljelle jäävä elektronipilvi kokee suuremman vetovoiman elektronia kohti. Anioni on yleensä suurempi, koska ylimääräiset elektronit lisäävät keskinäistä hylkimistä.
Isoelektroninen vertailu
O²⁻, F⁻, Ne, Na⁺ ja Mg²⁺ sisältävät kaikki 10 elektronia. Samalla elektronimäärällä suurempi protonimäärä vetää pilveä voimakkaammin, joten säde pienenee sarjassa O²⁻ > F⁻ > Ne > Na⁺ > Mg²⁺.
Moniatomiset ionit
Kaikki ionit eivät ole yksittäisiä atomeja. Sulfaatti SO₄²⁻, ammonium NH₄⁺ ja nitraatti NO₃⁻ ovat moniatomisia ioneja, joissa nettovaraus kuuluu koko rakenteelle. Varauksen jakautuminen yksittäisille atomeille voi olla delokalisoitunut eikä sitä pidä tulkita aina kokonaislukuisiksi paikallisiksi varauksiksi.
Ioniyhdisteet
Ionikiteessä positiivisten ja negatiivisten ionien sähköinen vetovoima stabiloi koko hilaa. Kiinteä NaCl ei koostu erillisistä NaCl-molekyyleistä vaan laajasta ioniverkosta. Sulassa tai vesiliuoksessa ionit voivat liikkua ja kuljettaa sähkövirtaa.
Hydraatio ja kemiallinen ympäristö
Vesiliuoksessa ioni ei ole paljas pallo. Vesimolekyylit orientoituvat sen sähkökentässä ja muodostavat hydraatiokuoren. Pienen ja voimakkaasti varautuneen ionin hydratoitunut käyttäytyminen voi siksi poiketa yksinkertaisesta paljaan ionin sädevertailusta.
Harjoitus
Magnesiumatomi menettää kaksi elektronia. Mikä ioni syntyy, ja muuttuvatko protonien määrä tai massaluku tämän kemiallisen ionisaation vuoksi?
Ratkaisu
Syntyy Mg²⁺. Protonien määrä ei muutu, joten alkuaine pysyy magnesiumina. Myöskään massaluku ei tavallisessa elektronien menetyksessä muutu, koska ydin ei muutu.