İyonlar
İyon, proton ve elektron sayıları eşit olmadığı için net elektrik yükü taşıyan atom ya da bağlı atom grubudur. İyon yükü çekirdeğe proton eklenmesi anlamına gelmez; sıradan kimyada Z sabit kalır ve değişen elektron sayısıdır. Bu ayrım iyonlaşmayı nükleer dönüşümden ayırır.
Görsel model
Etkileşimli model
Yükü elektron sayarak bulmak
Temel yük biriminde q/e = Z − nₑ bağıntısı kullanılabilir. Elektron sayısı proton sayısından azsa katyon, fazlaysa anyon oluşur. Na⁺ 11 proton ve 10 elektron; Cl⁻ 17 proton ve 18 elektron içerir.
İyonlaşma element kimliğini değiştirmez. Na ve Na⁺ için Z = 11'dir. Proton sayısını değiştiren bir olay ise kimyasal iyonlaşma değil, çekirdeğin başka bir elemente dönüşmesidir.
Elektron dizilimi ve boyut
Ana grup katyonlarında dış kabuktaki elektronların çıkarılması yaygındır. Na [Ne]3s¹ → Na⁺ [Ne] olduğunda n=3 kabuğu tamamen boşalır ve katyon nötr atomdan belirgin biçimde küçülür.
Anyon oluşurken aynı değerlik bölgesine elektron eklenir, elektron-elektron itmesi artar ve yarıçap çoğunlukla büyür. Geçiş metali katyonlarında ns elektronları genellikle (n−1)d elektronlarından önce çıkarılır.
İyonik bileşiklerde yük dengesi
İyonik bileşik formülü toplam yükü sıfır yapmalıdır. Al³⁺ ile O²⁻ için en küçük oran Al₂O₃'tür; çünkü 2·(+3)+3·(−2)=0. Alt indisler yükleri 'çapraz yazma' ezberinden değil, elektriksel nötrlükten gelir.
Kristalde iyonlar uzanan bir örgü oluşturur. NaCl formül birimi 1:1 oranını gösterir, ayrı bir NaCl molekülünü değil. Örgü enerjisi iyon yükleri, boyutları ve kristal geometrisinden etkilenir.
Suda iyonlar
Polar su molekülleri iyonları hidratasyonla kararlılaştırır. Suyun kısmi negatif oksijen ucu katyona, kısmi pozitif hidrojen uçları anyona yönelme eğilimindedir. Çözünürlük, örgüyü ayırma ile hidratasyon enerjilerinin toplam dengesine bağlıdır.
Çözeltide iyonlar elektrik alanında hareket edebildiği için elektrik akımı taşıyabilir. Katı iyonik kristalde ise yük taşıyıcıları örgü konumlarında sabitlenmiştir ve iletkenlik genellikle düşüktür.
Çok atomlu ve izoelektronik iyonlar
SO₄²⁻ veya NH₄⁺ gibi çok atomlu iyonlarda net yük bütün bağlı gruba aittir. Lewis yapıları elektron dağılımını ve formal yükleri gösterebilir; net yük ise tüm çekirdek yükleri ve elektronların toplamından gelir.
O²⁻, F⁻, Ne, Na⁺ ve Mg²⁺ türlerinin hepsi 10 elektrona sahiptir. Aynı elektron sayısında Z arttıkça çekim güçlenir, bu nedenle izoelektronik seride yarıçap O²⁻'den Mg²⁺'ye doğru küçülür.
Alıştırmalar
Kalsiyum
Z=20 olan Ca²⁺ kaç elektron taşır?
Çözüm: nₑ = 20 − 2 = 18.
Oksit
Z=8 olan O²⁻ kaç elektron taşır?
Çözüm: İki fazla elektron vardır: nₑ = 10.
Alüminyum oksit
Al₂O₃ oranı neden 2:3'tür?
Çözüm: 2·(+3)+3·(−2)=0; en küçük tam sayı yük dengesi budur.