Ионы и ионные заряды

В обычных химических реакциях ядро, содержащее протоны и нейтроны каждого атома и таким образом идентифицирующее его элемент, остается неизменным. Электроны, однако, могут быть добавлены к атомам путем передачи из других атомов, потеряны при передаче другим атомам или разделены с другими атомами. Химия элементов регулируется передачей и обменом электронами между атомами. Во время образования некоторых соединений атомы приобретают или теряют электроны, образуя электрически заряженные частицы, называемые ионами.

Когда атом теряет электроны, он образует положительный ион, называемый катионом. Катионы имеют больше протонов, чем электронов. Аналогично, когда атом получает электроны, он образует отрицательный ион, называемый анионом. Анионы имеют больше электронов, чем протонов.

Периодическая таблица помогает предсказать, будет ли атом образовывать анион или катион, а также заряд получившегося иона. Перемещаясь от крайнего левого к правому краю по периодической таблице, атомы металлов основной группы теряют достаточно электронов, чтобы оставить их с таким же количеством электронов, как атом предшествующего благородного газа. Они образуют катионы с зарядом, равным номеру группы. На иллюстрации атом щелочного металла (группа 1) теряет один электрон и образует катион с зарядом 1+; щелочноземельный металл (группа 2) теряет два электрона и образует катион с зарядом 2+, и так далее. Например, нейтральный атом кальция с 20 протонами и 20 электронами легко теряет два электрона. Это приводит к появлению катиона с 20 протонами, 18 электронами и зарядом 2+. Он имеет то же количество электронов, что и атомы предшествующего благородного газа, аргона, и является обозначается символом Ca²⁺. Название иона металла совпадает с названием атома металла, из которого он образуется, поэтому Ca²⁺ называется ионом кальция.

Перемещаясь от крайнего правого к левому краю по периодической таблице, атомы неметаллических элементов обычно получают достаточно электронов, чтобы приобрести то же количество электронов, что и атом следующего благородного газа в периодической таблице. Они образуют анионы с отрицательным зарядом, равным числу групп, на которое они сдвинуты влево от благородных газов. Например, атомы элементов группы 17 (на одну группу левее благородных газов) получают один электрон и образуют анионы с зарядом 1− атомы элементов группы 16 (на две группы левее) получают два электрона и образуют ионы с зарядом 2− и так далее. Например, нейтральный атом брома, с 35 протонами и 35 электронами, может получить один электрон, чтобы обеспечить его 36 электронами. Это приводит к аниону с 35 протонами, 36 электронами и зарядом 1−. Он имеет то же количество электронов, что и атомы следующего благородного газа, криптона, и обозначается как Br⁻.

Во многих случаях в качестве ориентира можно использовать тенденцию между зарядом иона и положением группы на периодической таблице. Тем не менее, прогнозируемое значение уменьшается при перемещении к центру периодической таблицы. Переходные металлы и некоторые другие металлы часто имеют переменные заряды, которые не предсказуемы по своему расположению в таблице. Например, медь может образовывать ионы с зарядом 1+ или 2+, а железо может образовывать ионы с зарядом 2+ или 3+.

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2e, раздел 2.6: Молекулярные и ионные соединения.