Jony: kationy i aniony

Każdy atom jest elektrycznie obojętny - liczba dodatnich protonów w jądrze równa jest liczbie ujemnych elektronów, krążących wokół tego jądra. Możliwe jest oderwanie elektronu od atomu, bądź też jego przyłączenie. Tym samym likwidowana jest równowaga między liczbą protonów i elektronów, a indywiduum w ten sposób otrzymane - jon - zyskuje ładunek elektryczny.

Kationy

Kationy to jony dodatnio naładowane. Otrzymujemy je odrywając jeden bądź kilka elektronów od atomu. Przykładowo: gdy od atomu sodu oderwiemy jeden elektron otrzymamy kation Na⁺ (sodowy), gdy od atomu glinu oderwiemy trzy elektrony otrzymamy trójdodatni kation Al³⁺ (glinowy) itd. Rozmiar kationu jest zawsze mniejszy od rozmiaru atomu wyjściowego. Oderwanie elektronu(ów) powoduje, że łączne siły odpychania pomiędzy nimi zostają zmniejszone, czego skutkiem jest zmniejszenie chmury elektronowej. By utworzyć kation niezbędne jest dostarczenie pewnej ilości energii, nazywamy ją energią jonizacji. Więcej na jej temat przeczytasz w tekście "Energia jonizacji".

Aniony

Kiedy do obojętnego atomu przyłączymy elektron, otrzymujemy jon ujemnie naładowany. Jony ujemne nazywamy anionami. Przykładowo: gdy do atomu chloru Cl przyłączymy elektron otrzymamy anion Cl^- (chlorkowy), gdy do atomu siarki S przyłączymy dwa elektrony otrzymamy dwuujemny anion S^2- (siarczkowy) itd. Tak jak wielkość kationu jest zawsze mniejsza, od wielkości atomu, tak anion jest zawsze większy od atomu macierzystego. Dołączenie dodatkowego elektronu(ów) powoduje wzrost odpychających oddziaływań pomiędzy wszystkimi elektronami, a tym samym "rozszerzenie" chmury elektronowej. Utworzenie anionu wiąże się z emisją energii - energię tę nazywamy powinowactwem elektronowym.

ENERGIA JONIZACJI

Oderwanie od atomu elektronu, a tym samym utworzenie kationu, nastąpić może tylko wtedy, kiedy do atomu dostarczymy pewną ilość energii. Energię tę nazwano energią (potencjałem) jonizacji:

Ponieważ możliwe jest oderwanie więcej niż jednego elektronu, wyróżniamy pierwszą energię jonizacji (oderwanie pierwszego elektronu), drugą energię jonizacji (drugiego), trzecią itd. Wartość pierwszej energii jonizacji jest najniższa, kolejne są coraz wyższe (najłatwiej utworzyć jon 1+, trudniej 2+, jeszcze trudniej 3+ itd.).

Wartości energii jonizacji są różne dla różnych pierwiastków. Jak zatem zmieniają się w układzie okresowym? Idąc w okresie z lewa na prawo, tj. od pierwszej do osiemnastej grupy, wartość liczbowa energii jonizacji rośnie. Przykładowo: czwarty okres rozpoczyna potas, a kończy krypton. Energia jonizacji dla potasu wynosi 419 kJ/mol, a dla kryptonu aż 1351 kJ/mol. Wydaje się to dość logiczne jeżeli skojarzymy to z doskonale nam znanym faktem, że metale najchętniej tworzą kationy, a niemetale ich nie tworzą (tworzą aniony, czyli coś, w pewnym sensie, przeciwnego). Skoro zatem idziemy w układzie z lewa na prawo, czyli od metali, przez półmetale, do niemetali to energia jonizacji, która wskazuje z jaką łatwością tworzy się kation, musi rosnąć. Idąc w dół w obrębie grupy energia jonizacji przeważnie maleje.

Należy pamiętać, że wartość liczbowa energii jonizacji, podawana w tablicach fizycznych i chemicznych, odnosi się do atomów w fazie gazowej.

POWINOWACTWO ELEKTRONOWE

Przyłączenie do atomu elektronu, a tym samym utworzenie anionu, powoduje wydzielenie się pewnej ilości energii. Energię tę nazwano powinowactwem elektronowym:

Wartość powinowactwa elektronowego jest trudna do zmierzenia i nie zmienia się w sposób stały i płynny w okresie. Generalnie jednak obserwuje się zależność, że powinowactwo elektronowe jest najwyższe dla niemetali, najniższe dla metali. Przeważnie maleje w dół grupy.

Należy pamiętać, że wartość liczbowa powinowactwa elektronowego, podawana w tablicach fizycznych i chemicznych, odnosi się do atomów w fazie gazowej.

Z przyczyn praktycznych proporcjonalność rozmiaru elektronu na rysunku nie została zachowana. W rzeczywistości jest on względem atomu/jonu tysiące razy mniejszy.

---