Contenu
- TL; DR (Trop long; n'a pas lu)
- Qu'est-ce qu'un ion?
- Comment sont formés les cations?
- Comment se forment les anions?
La plupart des atomes et des molécules que nous rencontrons sont électriquement neutres, mais les ions jouent un rôle important dans la nature. Ces atomes chargés peuvent être des cations chargés positivement ou des anions chargés négativement. Les cations et les anions se forment de différentes manières. Pour les cations, la perte d'un électron leur laisse une charge nette positive, alors que pour les anions, l'ajout d'un électron leur laisse une charge négative nette. Comprendre les processus sous-jacents, y compris l'énergie d'ionisation et l'affinité électronique de différents atomes, vous aide à comprendre pourquoi certains atomes deviennent des ions plus facilement que d'autres et quelles en sont les causes.
TL; DR (Trop long; n'a pas lu)
Les cations sont des ions chargés positivement et formés lorsqu'un atome perd un électron par ionisation. La quantité d'énergie requise pour ce faire s'appelle l'énergie d'ionisation.
Les anions sont des ions chargés négativement, formés lorsqu'un atome gagne un électron. L'énergie dans ce processus s'appelle l'affinité électronique.
Qu'est-ce qu'un ion?
Les atomes ont trois composants principaux: les protons, les électrons et les neutrons. Les neutrons sont électriquement neutres et, bien qu'ils jouent un rôle important en physique nucléaire, ils ne sont pas pertinents pour la formation des ions car ils n'affectent pas la charge de l'atome dans lequel ils se trouvent. Les protons sont chargés positivement et occupent le noyau central de l'atome avec les neutrons. Les électrons sont la partie de l'atome chargée négativement, et ils occupent un "nuage" autour de l'extérieur du noyau. Les électrons et les protons ont des charges égales mais opposées, et dans les formes naturelles des éléments, il y a un nombre égal d'éléments dans l'atome. Cela signifie que les éléments sont électriquement neutres car les charges des protons et des électrons s’annulent.
Un ion est un atome chargé.Si un atome gagne un électron, la charge négative l'emporte sur la charge positive et tout l'atome gagne une charge négative. Ces ions s'appellent des anions. Si l'atome perd un électron, il y a plus de charge positive que de charge négative, et l'atome dans son ensemble devient un ion chargé positivement. Ceci s'appelle un cation.
Comment sont formés les cations?
Les cations se forment lorsqu'un atome neutre perd un électron. Les métaux sont enclins à perdre des électrons du fait de la disposition des électrons autour du noyau. Les électrons occupent différentes orbitales autour du noyau et peuvent être regroupés en différents niveaux d'énergie. Un électron dans une orbitale avec un niveau d'énergie élevé est plus éloigné du noyau. Les atomes avec un niveau d'énergie externe complet sont stables, mais s'il y a un petit nombre d'électrons dans le niveau d'énergie externe, ils sont enclins à perdre des électrons. Les électrons dans les niveaux d'énergie complets «protègent» une grande partie de la charge positive du noyau. En conséquence, les électrons externes ne sont que faiblement liés au noyau.
Les cations sont formés par le processus d'ionisation lorsqu'une énergie suffisante est donnée à l'électron (à la lumière d'une énergie suffisamment élevée, par exemple) pour le dépouiller de l'attraction du noyau. L'énergie requise pour ce faire s'appelle l'énergie d'ionisation. La première énergie d'ionisation vous indique la quantité d'énergie nécessaire pour éliminer un électron; la deuxième énergie d'ionisation vous indique le temps nécessaire pour retirer la seconde, et ainsi de suite.
Vous pouvez calculer la charge de l'ion obtenu en fonction du groupe du tableau périodique dans lequel se trouve l'élément. Par exemple, le sodium appartient au groupe 1 et forme un cation avec une charge +1. Le magnésium est dans le groupe 2 et forme un cation avec une charge +2 après avoir perdu deux électrons en raison de l'ionisation. L'aluminium est dans le groupe 3 et forme un cation +3. Les éléments du groupe 4 ne forment pas d’ions et les éléments des groupes supérieurs forment des anions.
Comment se forment les anions?
Les anions se forment par le processus opposé aux cations. Au lieu de perdre un électron, les atomes non métalliques peuvent gagner un électron. C'est parce que leur niveau d'énergie externe est presque plein. Le terme affinité électronique décrit la tendance des atomes neutres à gagner des électrons. Comme l'énergie d'ionisation, il a des unités d'énergie, mais contrairement à l'énergie d'ionisation, il a une valeur négative car de l'énergie est libérée lorsque des électrons sont ajoutés, alors qu'elle est absorbée lorsque des électrons sont supprimés.
En général, les éléments des groupes supérieurs (ceux situés plus à droite sur le tableau périodique) ont des affinités électroniques plus élevées, et les éléments situés dans une rangée supérieure de leurs groupes (plus en haut du tableau périodique) ont des affinités électroniques plus élevées. La diminution de l'affinité électronique lorsque vous vous déplacez dans une colonne donnée est liée à la distance accrue entre les couches externes et le noyau, ainsi qu'à la protection contre les autres électrons dans les niveaux d'énergie inférieurs. L'augmentation de l'affinité lorsque vous vous déplacez de gauche à droite est due au fait que les niveaux d'énergie se rapprochent de la pleine occupation.
Comme pour les cations, le groupe de l’élément vous indique quelle sera la charge de l’anion correspondant. La charge qui en résulte est le numéro de groupe moins huit. Le chlore, dans le groupe 7, forme un anion avec une charge -1 et l’oxygène, dans le groupe 6, forme un cation avec une charge -2.