Come si formano i Cationi?

I cationi si formano quando un atomo neutro perde un elettrone. I metalli sono inclini a perdere elettroni a causa della disposizione degli elettroni attorno al nucleo.

La maggior parte degli atomi e delle molecole che incontriamo sono elettricamente neutrali, ma gli ioni svolgono un ruolo importante in natura. Questi atomi caricati possono essere cationi caricati positivamente o anioni caricati negativamente. Cationi e anioni si formano in modi diversi. Per i cationi, la perdita di un elettrone li lascia con una carica netta positiva, mentre per gli anioni, l'aggiunta di un elettrone li lascia con una carica negativa netta. Comprendere i processi alla base di questo, compresa l'energia di ionizzazione e l'affinità elettronica di diversi atomi, ti aiuta a capire perché certi atomi diventano ioni più facilmente di altri e quali ne sono le cause.

TL; DR (Troppo lungo, non letto)

I cationi sono ioni caricati positivamente quando un atomo perde un elettrone attraverso la ionizzazione. La quantità di energia richiesta per fare ciò è chiamata energia di ionizzazione

Gli anioni sono ioni caricati negativamente quando un atomo guadagna un elettrone. L'energia in questo processo è chiamata affinità elettronica.

Cos'è un ione?

Gli atomi hanno tre componenti principali: protoni, elettroni e neutroni. I neutroni sono elettricamente neutrali e sebbene svolgano un ruolo importante nella fisica nucleare, non sono rilevanti per la formazione di ioni perché non influenzano la carica dell'atomo in cui si trovano. I protoni sono caricati positivamente e occupano il nucleo centrale dell'atomo insieme ai neutroni. Gli elettroni sono la parte dell'atomo caricata negativamente e occupano una "nuvola" attorno al nucleo, mentre gli elettroni e i protoni hanno cariche uguali ma opposte, e nelle forme naturali degli elementi, ci sono numeri uguali di ciascuno in un atomo Ciò significa che gli elementi sono elettricamente neutri perché le cariche dei protoni e degli elettroni si annullano a vicenda.

Uno ione è un atomo carico. Se un atomo ottiene un elettrone, la carica negativa supera la carica positiva e l'intero atomo ottiene una carica negativa. Questi ioni sono chiamati anioni. Se l'atomo perde un elettrone, allora c'è più carica positiva della carica negativa, e l'atomo nel suo complesso diventa uno ione con carica positiva. Questo è chiamato un catione.

Come si formano i cationi?

I cationi si formano quando un atomo neutro perde un elettrone. I metalli sono inclini a perdere elettroni a causa della disposizione degli elettroni attorno al nucleo. Gli elettroni occupano diversi orbitali attorno al nucleo e questi possono essere raggruppati in diversi livelli di energia. Un elettrone in un orbitale con un alto livello di energia è più lontano dal nucleo. Gli atomi con un livello di energia esterna completo sono stabili, ma se c'è un piccolo numero di elettroni nel livello di energia esterna, sono inclini a perdere elettroni. Gli elettroni nei livelli di energia completi "schermano" molto la carica positiva dal nucleo. Di conseguenza, gli elettroni esterni sono solo debolmente legati al nucleo.

I cationi sono formati dal processo di ionizzazione quando all'elettrone viene fornita energia sufficiente (ad esempio da una luce ad alta energia sufficiente) per eliminarla dall'attrazione del nucleo. L'energia necessaria per farlo è chiamata energia di ionizzazione. La prima energia di ionizzazione ti dice quanta energia hai bisogno per rimuovere un elettrone; la seconda energia di ionizzazione ti dice quanto è necessario per rimuovere il secondo e così via.

È possibile calcolare la carica sullo ione risultante in base al gruppo della tabella periodica in cui si trova l'elemento. Ad esempio, il sodio è nel gruppo 1 e forma un catione con una carica +1. Il magnesio si trova nel gruppo 2 e forma un catione con una carica +2 dopo aver perso due elettroni nella ionizzazione. L'alluminio è nel gruppo 3 e forma un catione +3. Gli elementi del gruppo 4 non formano ioni e gli elementi del gruppo superiore formano invece gli anioni.

Come si formano gli anioni?

Gli anioni si formano dal processo opposto ai cationi. Invece di perdere un elettrone, gli atomi non metallici possono ottenere un elettrone. Questo perché il loro livello di energia esterna è quasi pieno. Il termine affinità elettronica descrive la tendenza degli atomi neutrali a ottenere elettroni. Come l'energia di ionizzazione, ha unità di energia, ma a differenza dell'energia di ionizzazione, ha un valore negativo perché l'energia viene rilasciata quando gli elettroni vengono aggiunti, mentre viene assorbita quando gli elettroni vengono rimossi.

In generale, gli elementi dei gruppi superiori (quelli più a destra sulla tavola periodica) hanno affinità elettroniche più elevate, e gli elementi in una fila più alta dei loro gruppi (più avanti verso la parte superiore della tavola periodica) hanno affinità elettroniche più elevate. La diminuzione dell'affinità elettronica durante il movimento verso una determinata colonna è correlata all'aumentata distanza tra i gusci esterni e il nucleo, nonché alla schermatura dagli altri elettroni a livelli di energia inferiori. L'aumento di affinità mentre ti sposti da sinistra a destra è perché i livelli di energia si avvicinano a essere completamente occupati.

Per quanto riguarda i cationi, il gruppo dell'elemento ti dice quale sarà la carica dell'anione corrispondente. La carica risultante è il numero del gruppo meno otto. Il cloro, nel gruppo 7, forma un anione con una carica -1 e l'ossigeno, nel gruppo 6, forma un catione con una carica -2.

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