2.4: Jony i ładunki jonowe

W zwykłych reakcjach chemicznych jądro – które zawiera protony i neutrony każdego atomu, a tym samym identyfikuje pierwiastek – pozostaje niezmienione. Elektrony mogą być jednak dodawane do atomów przez przeniesienie z innych atomów, tracone przez przeniesienie do innych atomów lub współdzielone z innymi atomami. Przenoszenie i dzielenie elektronów między atomami rządzi chemią pierwiastków. Podczas tworzenia niektórych związków atomy zyskują lub tracą elektrony, tworząc naładowane elektrycznie cząstki zwane jonami.

Kiedy atom traci elektrony, tworzy jon dodatni zwany kationem. Kationy mają więcej protonów niż elektronów. Podobnie, gdy atom zyskuje elektrony, tworzy jon ujemny zwany anionem. Aniony mają więcej elektronów niż protonów.

Układ okresowy pierwiastków pomaga przewidzieć, czy atom utworzy anion czy kation, a także ładunek powstałego jonu. Przesuwając się od skrajnej lewej do prawej w układzie okresowym pierwiastków, atomy metali z grupy głównej tracą wystarczającą liczbę elektronów, aby pozostawić je z taką samą liczbą elektronów, jak atom poprzedzającego je gazu szlachetnego. Tworzą kationy o ładunku równym numerowi grupy. Aby to zilustrować, atom metalu alkalicznego (grupa 1) traci jeden elektron i tworzy kation o ładunku 1+; metal ziem alkalicznych (grupa 2) traci dwa elektrony i tworzy kation o ładunku 2+ i tak dalej. Na przykład obojętny atom wapnia, składający się z 20 protonów i 20 elektronów, łatwo traci dwa elektrony. Powoduje to kation z 20 protonami, 18 elektronami i ładunkiem 2+. Ma taką samą liczbę elektronów jak atomy poprzedzającego go gazu szlachetnego, argonu, i jest symbolizowany jako Ca²⁺. Nazwa jonu metalu jest taka sama jak nazwa atomu metalu, z którego powstaje, więc Ca²⁺ nazywany jest jonem wapnia.

Poruszając się od skrajnej prawej do lewej w układzie okresowym pierwiastków,  atomy pierwiastków niemetalowych na ogół zyskują wystarczającą liczbę elektronów, aby uzyskać taką samą liczbę elektronów, jak atom następnego gazu szlachetnego w układzie okresowym. Tworzą one aniony o ładunku ujemnym równym liczbie grup przesuniętych w lewo od gazów szlachetnych. Na przykład atomy pierwiastków z grupy 17 (jedna grupa na lewo od gazów szlachetnych)  zyskują jeden elektron i tworzą aniony o ładunku 1−; Atomy pierwiastków z grupy 16 (dwie grupy po lewej) zyskują dwa elektrony i tworzą jony o ładunku 2− i tak dalej. Na przykład obojętny atom bromu, składający się z 35 protonów i 35 elektronów, może zyskać jeden elektron, aby zapewnić mu 36 elektronów. Daje to anion z 35 protonami, 36 elektronami i ładunkiem 1−. Ma taką samą liczbę elektronów jak atomy kolejnego gazu szlachetnego, kryptonu, i jest symbolizowany jako Br⁻.

Trend między ładunkiem jonu a położeniem grupy w układzie okresowym pierwiastków może być w wielu przypadkach wykorzystany jako wskazówka. Jednak jego wartość predykcyjna maleje, gdy zbliża się do środka układu okresowego pierwiastków. Metale przejściowe i niektóre inne metale często wykazują zmienne ładunki, których nie można przewidzieć ze względu na ich położenie w tabeli. Na przykład miedź może tworzyć jony o ładunku 1+ lub 2+, a żelazo może tworzyć jony o ładunku 2+ lub 3+

Ten tekst jest zaadaptowany z Openstax, Chemia 2e, Sekcja 2.6: Związki molekularne i jonowe.