Jony

Ładunek wynika z liczenia protonów i elektronów

Jeśli atom ma Z protonów i N_e elektronów, jego ładunek w jednostkach e wynosi Z − N_e. Mg²⁺ ma 12 protonów i 10 elektronów; Cl⁻ ma 17 protonów i 18 elektronów.

Zmiana liczby protonów byłaby przemianą jądrową i tworzyłaby inny pierwiastek. Dlatego zapis „atom oddaje proton, aby stać się kationem” jest w chemii elektronowej błędny.

Konfiguracja pomaga przewidywać typowe jony

Metale grup głównych często tracą elektrony walencyjne i zbliżają konfigurację do poprzedniego gazu szlachetnego. Na → Na⁺ + e⁻ daje konfigurację [Ne]. Halogeny często przyjmują jeden elektron, np. Cl + e⁻ → Cl⁻.

To są trendy, a nie prawo zmuszające każdy pierwiastek do jednego ładunku. Metale przejściowe mają często kilka stabilnych stopni jonowych, ponieważ energie orbitali ns i (n−1)d są zbliżone.

Kation jest zwykle mniejszy, anion większy

Utworzenie kationu zmniejsza liczbę elektronów, a czasem usuwa całą zewnętrzną powłokę. Pozostałe elektrony odczuwają większe przyciąganie na elektron, więc promień zwykle maleje.

Anion ma dodatkowe elektrony i większe odpychanie elektron–elektron, więc zwykle jest większy od atomu macierzystego. Nie należy jednak porównywać promieni różnych gatunków bez uwzględnienia liczby powłok i ładunku jądra.

Gatunki izoelektronowe nie są chemicznie identyczne

O²⁻, F⁻, Ne, Na⁺ i Mg²⁺ mają po 10 elektronów, lecz różną liczbę protonów. W takim szeregu wzrost Z silniej przyciąga tę samą liczbę elektronów i promień maleje.

Wspólna konfiguracja elektronowa może prowadzić do podobnej struktury powłok, ale nie usuwa różnic w energii jonizacji, promieniu, reaktywności ani oddziaływaniach z otoczeniem.

Jony wieloatomowe i stopnie utlenienia wymagają osobnego języka

NH₄⁺, SO₄²⁻ czy NO₃⁻ mają ładunek całej grupy. Elektrony są rozłożone w wiązaniach wielu atomów, a prosty obraz „jeden atom zabrał elektron” może być niewystarczający.

Ładunek jonu jest rzeczywistym ładunkiem całej cząstki. Stopień utlenienia jest formalnym narzędziem księgowym przypisanym atomom w związku; nie musi odpowiadać lokalnemu fizycznemu ładunkowi atomu.

Otoczenie może silnie stabilizować jon

Koszt utworzenia izolowanego jonu w fazie gazowej nie jest tym samym co stabilność jonu w wodzie lub krysztale. W roztworze cząsteczki rozpuszczalnika ustawiają się wokół ładunku i dają energię solwatacji; w krysztale działa energia sieci.

Dlatego fakt, że Na⁺ jest bardzo powszechny w soli i wodzie, nie oznacza, że oderwanie elektronu od izolowanego Na jest samorzutne bez reszty procesu. Bilans energetyczny musi obejmować wszystkie etapy tworzenia rzeczywistego układu.

Przykłady rozwiązane