Ióny

Náboj vyplýva z počtu protónov a elektrónov

Ak má častica Z protónov a N_e elektrónov, jej náboj v jednotkách e je Z − N_e. Mg²⁺ má 12 protónov a 10 elektrónov; Cl⁻ má 17 protónov a 18 elektrónov.

Zmena počtu protónov by bola jadrová premena a vytvorila by iný prvok. Tvrdenie, že atóm pri bežnej ionizácii „odovzdá protón“, je preto chybné.

Konfigurácia pomáha predpovedať bežné ióny

Kovy hlavných skupín často strácajú valenčné elektróny a približujú sa konfigurácii predchádzajúceho vzácneho plynu. Na → Na⁺ + e⁻ vedie ku konfigurácii [Ne]. Halogény často prijímajú jeden elektrón, napríklad Cl + e⁻ → Cl⁻.

Ide o trendy, nie o pravidlo nútiace každý prvok k jedinému náboju. Prechodné kovy mávajú viac bežných iónových stavov, pretože energie orbitálov ns a (n−1)d sú blízke.

Katión býva menší, anión väčší

Vznik katiónu zníži počet elektrónov a niekedy odstráni celú vonkajšiu vrstvu. Zostávajúce elektróny sú v priemere silnejšie priťahované a polomer sa obyčajne zmenší.

Anión má viac elektrónov a väčšie elektrónové odpudzovanie, preto býva väčší než neutrálny atóm. Pri porovnaní rôznych častíc však treba zohľadniť počet vrstiev aj náboj jadra.

Izoelektrónové častice nie sú chemicky totožné

O²⁻, F⁻, Ne, Na⁺ a Mg²⁺ majú po 10 elektrónoch, ale rozdielne počty protónov. V tomto rade rastúce Z priťahuje rovnaký počet elektrónov silnejšie a polomer klesá.

Rovnaká elektrónová konfigurácia môže dať podobnú štruktúru vrstiev, nie však rovnakú ionizačnú energiu, veľkosť, reaktivitu ani interakcie s okolím.

Viacatómové ióny a oxidačné čísla používajú iný jazyk

NH₄⁺, SO₄²⁻ alebo NO₃⁻ nesú náboj celej skupiny. Elektróny sú rozložené vo väzbách viacerých atómov a jednoduchý obraz „jeden atóm získal elektrón“ nemusí stačiť.

Náboj iónu je skutočný celkový náboj častice. Oxidačné číslo je formálna účtovná hodnota priradená jednotlivým atómom v zlúčenine a nemusí zodpovedať lokálnemu fyzickému náboju.

Okolie môže ión silno stabilizovať

Energia potrebná na vytvorenie izolovaného iónu v plynnej fáze nie je to isté ako stabilita iónu vo vode alebo v kryštáli. V roztoku sa molekuly rozpúšťadla orientujú okolo náboja a dávajú solvatačnú stabilizáciu; v kryštáli pôsobí mriežková energia.

To, že je Na⁺ bežný v soli a vode, teda neznamená, že odobratie elektrónu izolovanému Na je samo osebe samovoľné. Energetická bilancia musí zahŕňať všetky kroky vzniku skutočného systému.

Vyriešené príklady