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2.4:

Ioni e cariche ioniche

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Chemistry
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Ions and Ionic Charges

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Gli atomi sono particelle neutre con un numero uguale di protoni ed elettroni. Un elemento è definito dal numero di protoni, che non cambia;tuttavia, molti atomi possono guadagnare o perdere uno o più elettroni per diventare una particella carica. Quando un atomo o una molecola guadagna o perde elettroni, viene chiamato ione.Gli elettroni, essendo di massa molto più piccola dei protoni, non contribuiscono in modo significativo alla massa atomica. Pertanto, la massa atomica di uno ione è essenzialmente la stessa della massa atomica dell’atomo neutro. Quando gli atomi o le molecole perdono elettroni, vengono chiamati cationi.I cationi hanno una carica positiva perché hanno più protoni, che possiedono una carica positiva, rispetto agli elettroni, che hanno una carica negativa. Ai cationi viene dato lo stesso nome del loro elemento, seguito dalla parola ione. Un atomo di calcio ha 20 protoni e 20 elettroni.Perde due elettroni per diventare uno ione calcio con 20 protoni e 18 elettroni. Poiché ora ha due cariche positive in più rispetto alle cariche negative, ha una carica complessiva di due positività. Il simbolo chimico di uno ione è scritto come il simbolo chimico dell’atomo, con la carica scritta in apice a destra.Il simbolo chimico di uno ione di calcio è quindi scritto come C-a-due più. Quando gli atomi o le molecole guadagnano elettroni, sono chiamati anioni. Gli anioni hanno una carica negativa perché possiedono più elettroni che protoni.Gli anioni vengono denominati aggiungendo il suffisso ide al nome dell’elemento. Un atomo di fluoro ha 9 protoni e 9 elettroni. Il fluoro guadagna un elettrone per diventare uno ione fluoruro con 9 protoni e 10 elettroni.Poiché ora ha una carica negativa in più rispetto alle cariche positive, ha una carica complessiva negativa. Il simbolo chimico del fluoro è scritto come F meno;esso é solitamente omesso per gli ioni con una carica positiva o negativa. Gli atomi perderanno o guadagneranno un numero specifico di elettroni quando formano uno ione.Molte delle cariche per gli ioni formate dai principali elementi del gruppo possono essere previste utilizzando la tavola periodica. I metalli, sul lato sinistro della tavola periodica, perderanno elettroni. I metalli alcalini del gruppo 1 perdono tutti un elettrone e hanno una carica positiva quando diventano uno ione.I metalli alcalino-terrosi del gruppo 2 perdono due elettroni e hanno due cariche positive. I non metalli, sul lato destro della tavola periodica, guadagneranno elettroni. Gli alogeni del gruppo 17 guadagnano un elettrone e hanno una carica negativa.I gruppi 16 elementi guadagnano due elettroni e avranno una carica negativa di due. Molti metalli di transizione possono formare cationi con cariche diverse. I gas nobili del gruppo 18 generalmente non formano ioni.

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Ioni e cariche ioniche

Nelle reazioni chimiche ordinarie, il nucleo — che contiene i protoni e i neutroni di ciascun atomo e quindi identifica l’elemento — rimane invariato. Gli elettroni, tuttavia, possono essere aggiunti agli atomi per trasferimento da altri atomi, persi per trasferimento ad altri atomi, o condivisi con altri atomi. Il trasferimento e la condivisione degli elettroni tra gli atomi governano la chimica degli elementi. Durante la formazione di alcuni composti, gli atomi guadagnano o perdono elettroni per formare particelle cariche elettricamente chiamate ioni.

Quando un atomo perde elettroni, forma uno ione positivo chiamato catione. I formazioni hanno più protoni che elettroni. Allo stesso modo, quando un atomo guadagna elettroni, forma uno ione negativo chiamato anione. Gli anioni hanno più elettroni che protoni.

La tavola periodica aiuta a prevedere se un atomo formerà un anione o una catione, e anche la carica dello ione risultante. Spostandosi dall’estrema sinistra a destra sulla tavola periodica, gli atomi di metalli del gruppo principale perdono abbastanza elettroni da lasciarli con lo stesso numero di elettroni di un atomo del gas nobile precedente. Formano zioni con una carica uguale al numero di gruppo. Per illustrare, un atomo di un metallo alcalin (Gruppo 1) perde un elettrone e forma un catione con una carica 1+; un metallo terrestre alcalino (Gruppo 2) perde due elettroni e forma un catione con una carica 2+, e così via. Ad esempio, un atomo di calcio neutro, con 20 protoni e 20 elettroni, perde prontamente due elettroni. Ciò si traduce in un catione con 20 protoni, 18 elettroni e una carica 2+. Ha lo stesso numero di elettroni degli atomi del precedente gas nobile, argon, ed è simboleggiato Ca2+. Il nome di uno ione metallico è lo stesso del nome dell’atomo metallico da cui si forma, quindi Ca2+ è chiamato ione calcio.

Spostandosi dall’estrema destra a sinistra sulla tavola periodica, gli atomi di elementi nonmetrici generalmente guadagnano abbastanza elettroni da dare loro lo stesso numero di elettroni di un atomo del gas nobile successivo nella tavola periodica. Formano anioni con una carica negativa pari al numero di gruppi spostati a sinistra dai gas nobili. Per esempio, gli atomi di elementi del gruppo 17 (un gruppo a sinistra dei gas nobili) guadagnano un elettrone e formano anioni con una carica di 1−; gli atomi di elementi del gruppo 16 (due gruppi a sinistra) guadagnano due elettroni e formano ioni con una carica di 2− e così via. Ad esempio, l’atomo di bromo neutro, con 35 protoni e 35 elettroni, può guadagnare un elettrone per fornirlo con 36 elettroni. Questo si traduce in un anione con 35 protoni, 36 elettroni e una carica di 1−. Ha lo stesso numero di elettroni degli atomi del successivo gas nobile, krypton, ed è simboleggiato Br.

La tendenza tra la carica dello ione e la posizione del gruppo sulla tavola periodica può essere utilizzata come guida in molti casi. Tuttavia, il suo valore predittivo diminuisce quando ci si sposta verso il centro della tavola periodica. I metalli di transizione e alcuni altri metalli spesso presentano cariche variabili che non sono prevedibili dalla loro posizione nella tabella. Ad esempio, il rame può formare ioni con una carica 1 + o 2 + e il ferro può formare ioni con una carica 2 + o 3 +.

Questo testo è adattato da Openstax, Chimica 2e, Sezione 2.6: Composti Molecolari e Ionici.

Suggested Reading

  1. Jensen, William B. "The proper writing of ionic charges." Journal of Chemical Education 89, no. 8 (2012): 1084-1085.
  2. Schmid, Roland. "The Noble Gas Configuration-Not the Driving Force but the Rule of the Game in Chemistry." Journal of chemical education 80, no. 8 (2003): 931.
  3. Gillespie, Ronald J. "Electron densities, atomic charges, and ionic, covalent, and polar bonds." Journal of Chemical Education 78, no. 12 (2001): 1688.