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.