Back to chapter

2.4:

יונים ומטענים יוניים

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Ions and Ionic Charges

Languages

Share

אטומים הם חלקיקים ניטרליים בעלי מספר שווה של פרוטונים ואלקטרונים. יסוד מוגדר לפי מספר הפרוטונים הקבוע שלו. יחד עם זאת, אטומים רבים יכולים להוסיף או לגרוע אלקטרון אחד או יותר ולהפוך לחלקיק טעון.כאשר מתווסף או נגרע אלקטרון מאטום או ממולקולה, הם נקראים יון. לאלקטרונים, שהם בעלי מסה קטנה משמעותית משל הפרוטונים, אין תרומה משמעותית למסת האטומם. לכן המשקל האטומי של יון זהה, למעשה, למשקל האטומי של אטום ניטרלי.כאשר אטומים או מולקולות מאבדים אלקטרונים, הם נקראים קטיונים. לקטיונים מטען חיובי משום שיש בהם יותר פרוטונים, בעלי מטען חיובי, לעומת אלקטרונים, בעלי מטען שלילי. לקטיונים שם זהה לשם היסוד, בתוספת המילה יון.לאטום סידן 20 פרוטונים ו-20 אלקטרונים. כאשר הוא מאבד שני אלקטרונים הוא הופך ליון סידן בעל 20 פרוטונים ו-18 אלקטרונים. מפני שיש לו כעת שני מטענים חיוביים יותר מאשר מטענים שליליים, הוא בעל מטען כולל חיובי של 2+הסמל הכימי של יון נכתב באופן דומה לסמל הכימי של האטום והמטען נכתב בפינה הימנית העליונה של הסמל.הסמל הכימי ליון סידן נכתב כ-2משמאל לCa כאשר מתווספים אלקטרונים למולקולות או לאטומים, הם נקראים אניונים. לאניונים מטען שלילי משום שיש להם יותר אלקטרונים מפרוטונים. שמם של אניונים נוצר באמצעות הוספת הסיומת איד’לשם היסוד.לאטום פלואור יש 9 פרוטונים ו-9 אלקטרונים. כשמתווסף לפלואור אלקטרון אחד הוא הופך ליון פלואוריד בעל 9 פרוטונים ו-10 אלקטרונים. משום שיש לו כעת מטען שלילי אחד יותר מאשר מטענים חיוביים, יש לו מטען כולל של 1-הסמל הכימי של פלואוריד הוא F.בדרך כלל משמיטים את הספרה אחת ליונים בעלי מטען שלילי או חיובי של אחת.אטומים יוסיפו או יגרעו מספר ספציפי של אלקטרונים בהיווצרות היון. המטען של מרבית היונים הנוצרים מקבוצת היסודות המרכזית ניתן לניבוי באמצעות השימוש בטבלה המחזורית. המתכות, בצידה השמאלי של הטבלה, יאבדו אלקטרונים.הקבוצה הראשונה של מתכות אלקליות יאבדו אלקטרון אחד ויהיו בעלות מטען חיובי של 1+כאשר יהפכו ליון. קבוצה 2 של מתכות אלקליות עפרוריות יאבדו שני אלקטרונים ויהיו בעלות מטען חיובי של 2+אל-מתכות בצידה הימני של הטבלה יוסיפו אליהן אלקטרונים. הלוגנים בקבוצה 17 יוסיפו אלקטרון אחד ויהיה להם מטען שלילי של 1-יסודות מקבוצה 16 יוסיפו שני אלקטרונים ויהיה להם מטען שלילי של 2-מתכות מעבר רבות יכולות ליצור קטיונים בעלי מטענים שונים.הגזים האצילים בקבוצה 18 בדרך כלל אינם יוצרים יונים.

2.4:

יונים ומטענים יוניים

In ordinary chemical reactions, the nucleus — which contains the protons and neutrons of each atom and thus identifies the element — remains unchanged. Electrons, however, can be added to atoms by transfer from other atoms, lost by transfer to other atoms, or shared with other atoms. The transfer and sharing of electrons among atoms govern the chemistry of the elements. During the formation of some compounds, atoms gain or lose electrons to form electrically charged particles called ions.

When an atom loses electrons, it forms a positive ion called a cation. Cations have more protons than electrons. Likewise, when an atom gains electrons, it forms a negative ion called an anion. Anions have more electrons than protons.

The periodic table helps to predict whether an atom will form an anion or a cation, and also the charge of the resulting ion. Moving from the far left to the right on the periodic table, atoms of main-group metals lose enough electrons to leave them with the same number of electrons as an atom of the preceding noble gas. They form cations with a charge equal to the group number. To illustrate, an atom of an alkali metal (Group 1) loses one electron and forms a cation with a 1+ charge; an alkaline earth metal (Group 2) loses two electrons and forms a cation with a 2+ charge, and so on. For example, a neutral calcium atom, with 20 protons and 20 electrons, readily loses two electrons. This results in a cation with 20 protons, 18 electrons, and a 2+ charge. It has the same number of electrons as atoms of the preceding noble gas, argon, and is symbolized Ca2+. The name of a metal ion is the same as the name of the metal atom from which it forms, so Ca2+ is called a calcium ion.

Moving from the far right to the left on the periodic table,  atoms of nonmetal elements generally gain enough electrons to give them the same number of electrons as an atom of the next noble gas in the periodic table. They form anions with a negative charge equal to the number of groups moved left from the noble gases. For example, atoms of group 17 elements (one group left of the noble gases)  gain one electron and form anions with a 1− charge; atoms of group 16 elements (two groups left) gain two electrons and form ions with a 2− charge, and so on. For example, the neutral bromine atom, with 35 protons and 35 electrons, can gain one electron to provide it with 36 electrons. This results in an anion with 35 protons, 36 electrons, and a 1− charge. It has the same number of electrons as atoms of the next noble gas, krypton, and is symbolized Br.

The trend between the charge of the ion and position of the group on the periodic table can be used as a guide in many cases. However, its predictive value decreases when moving toward the center of the periodic table. Transition metals and some other metals often exhibit variable charges that are not predictable by their location in the table. For example, copper can form ions with a 1+ or 2+ charge, and iron can form ions with a 2+ or 3+ charge.

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 2.6: Molecular and Ionic Compounds.

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.