Tabla de Contenidos
Atomy składają się z jądra otoczonego elektronami, które obracają się wokół niego z dużą prędkością. Jądro składa się z protonów i neutronów, a liczba protonów jest częścią atomu, która nadaje mu tożsamość. To jest powód, dla którego ta liczba nazywana jest liczbą atomową.
Ładunek każdego protonu jest równy co do wielkości, ale ma przeciwny znak do ładunku elektronu. Z tego powodu rozumie się, że w jądrze neutralnego atomu musi znajdować się taka sama liczba elektronów, jak protonów. W tym sensie liczba elektronów w neutralnym atomie jest określona przez liczbę atomową (Z).
Jest to bardzo łatwe do zrozumienia, ale co z jonami? Jak określa się liczbę elektronów i protonów w kationie lub anionie? Aby to zrozumieć, musimy najpierw zrozumieć, czym są jony i jak powstają.
Co to jest jon?
Jon to dowolny związek chemiczny, który ma ładunek elektryczny netto. Oznacza to, że musi istnieć nierównowaga między liczbą ładunków dodatnich w jądrze a liczbą ładunków ujemnych w otaczającej chmurze elektronów. Innymi słowy, jon jest związkiem chemicznym, w którym liczba protonów i elektronów nie jest równa.
Jony powstają w reakcjach chemicznych poprzez utratę lub pozyskanie elektronów, niezależnie od tego, czy jon jest dodatni, czy ujemny. Dzieje się tak, ponieważ reakcje chemiczne nigdy nie obejmują jądra, a jedynie elektrony walencyjne, które są najbardziej oddalonymi elektronami w atomie.
Utrata lub zysk elektronów powoduje powstanie dwóch rodzajów jonów w zależności od ich ładunku: kationów i anionów.
kationy
Są to jony, które mają dodatni ładunek netto. Jony te powstają, gdy neutralny atom traci jeden lub więcej elektronów. Określenie kation wynika z faktu, że podczas elektrolizy roztworu lub stopionej soli to właśnie te jony są kierowane w stronę katody, czyli elektrody, w której zachodzi reakcja redukcji.
Jak obliczyć liczbę protonów i elektronów w kationie?
Dodatni ładunek kationów nie wynika z tego, że jądro zyskało dodatnio naładowane protony, ale raczej dlatego, że atom stracił ujemnie naładowane elektrony, pozostawiając nadmiar ładunków dodatnich. Z tego powodu wartość ładunku dodatniego reprezentuje liczbę elektronów, które neutralny atom stracił, aby stać się kationem.
W związku z tym liczba elektronów w kationie jest nie większa niż liczba elektronów, które pierwotnie miał neutralny atom, pomniejszona o liczbę ładunków dodatnich na kationie. Z drugiej strony, ponieważ tworzenie kationu nie wpływa na jądro atomu, liczba protonów zarówno w neutralnym atomie, jak i kationie jest taka sama i równa liczbie atomowej danego pierwiastka.
Jeżeli p nazwiemy liczbą protonów, n e liczbą elektronów, a q ładunkiem kationu, to możemy powiedzieć, że:
Podsumowując, liczba protonów w kationie jest równa liczbie atomowej pierwiastka, podczas gdy liczbę elektronów oblicza się, odejmując liczbę atomową i ładunek jonu:
aniony
Aniony są przeciwieństwem kationów. Są to jony, które mają ładunek ujemny netto i które idą w kierunku anody w ogniwach elektrolizy, od czego wzięły swoją nazwę. Aniony powstają, gdy neutralny atom zyskuje elektrony, tworząc nadmiar ładunków ujemnych, który nie jest zrównoważony przez dodatnie ładunki jądra.
Jak obliczyć liczbę protonów i elektronów w kationie?
Zgodnie z tą samą logiką, co poprzednio, liczba protonów w jądrze anionu jednoatomowego jest taka sama jak w atomie obojętnym, więc p = Z nadal zachodzi . Zamiast tego liczba elektronów jest w tym przypadku sumą liczby elektronów w neutralnym atomie plus liczba ujemnych ładunków anionu. Można to zapisać jako:
W tym przypadku wartość bezwzględną q należy przyjąć tak, aby wartość się sumowała, ponieważ aniony mają więcej elektronów niż neutralne atomy. Dlatego do obliczenia liczby protonów i elektronów w anionie stosuje się następujące wzory:
Ogólny sposób obliczania liczby protonów i elektronów w jonie
Jak widać z dwóch poprzednich wyrażeń, aby określić liczbę elektronów w jonie, wystarczy dodać lub odjąć ładunek w zależności od tego, czy jest to anion, czy kation. Jest to jednak równoważne zawsze odejmowaniu ładunku elektrycznego jonu, o ile uwzględniamy znak ładunku przy zastępowaniu wartości. W ten sposób będziemy odejmować, jeśli jest to kation (ponieważ ładunek jest dodatni, a pomnożenie przez minus wzoru daje wynik ujemny) i dodawać, jeśli jest to anion (ponieważ iloczyn minusa wzoru z ładunkiem daje znak dodatni).
Oznacza to, że dla dowolnego jonu, czy to dodatniego, czy ujemnego, liczba protonów i elektronów jest określona wzorem:
Obliczanie całkowitej liczby elektronów walencyjnych w jonach wieloatomowych
Jony różnią się nie tylko ładunkiem, ale także liczbą atomów, które je tworzą. Poprzednie sekcje odpowiadają kationom i anionom utworzonym przez pojedynczy atom. Oznacza to, że powyższe równanie dotyczy tylko jonów jednoatomowych (chociaż można je dostosować do innych typów jonów).
Jednak istnieje również szeroka gama kationów i anionów molekularnych, składających się z dwóch lub więcej atomów połączonych ze sobą wiązaniami kowalencyjnymi. W takich przypadkach ważne jest określenie liczby elektronów w tego typu jonach, ponieważ ta informacja pozwala nam zbudować struktury Lewisa tych jonów, dostarczając w ten sposób informacji o typach tworzonych wiązań i geometrii molekularnej wokół centralnego atom lub atomy centralne, jeśli jest więcej niż jeden.
Jednak w takich przypadkach nie jest tak ważna znajomość całkowitej liczby elektronów we wszystkich atomach, ale raczej całkowita liczba elektronów walencyjnych, nie uwzględniając żadnego z wewnętrznych elektronów atomów tworzących jon.
W tym przypadku wzór na liczbę elektronów jest modyfikowany w następujący sposób:
Gdzie n e-Valence to całkowita liczba elektronów walencyjnych w jonie, #eV i reprezentuje liczbę elektronów walencyjnych w pierwiastku i , n i to liczba atomów pierwiastka i obecnego w jonie, a jon q to ponownie , ładunek jonu z odpowiednim znakiem. Liczbę elektronów walencyjnych pierwiastka można określić albo za pomocą konfiguracji elektronowej, albo patrząc na grupę, w której się on znajduje w układzie okresowym ( głównie w przypadku pierwiastków reprezentatywnych).
Przykłady obliczania protonów i elektronów jonów jednoatomowych
Przykład 1: Protony i elektrony kationu żelazowego
Kation żelazowy odpowiada jonowi Fe 3+ , jonowi jednoatomowemu z jądrem żelaza. Z układu okresowego dowiadujemy się, że liczba atomowa żelaza wynosi 26 (Z = 26) i jak widać, jon ma trzy ładunki dodatnie ( q = +3 ). Dlatego liczba protonów i elektronów w kationie żelazowym wynosi:
Przykład #2: Protony i elektrony anionu siarczkowego
Anion siarczkowy odpowiada jonowi S 2- , jonowi jednoatomowemu z jądrem siarki i dwoma ujemnymi ładunkami elektrycznymi. Liczba atomowa siarki wynosi 16 (Z = 16), aw tym przypadku q = – 2 . Dlatego liczba protonów i elektronów w anionie siarczkowym wynosi:
Przykłady obliczania elektronów walencyjnych jonów wieloatomowych
Przykład #3: Elektrony walencyjne kationu amonowego (NH 4 + )
Kation amonowy składa się z 4 atomów wodoru i jednego atomu azotu i ma ładunek dodatni +1. Pierwiastek wodór należy do grupy 1A układu okresowego, więc ma 1 elektron walencyjny, natomiast azot należy do grupy 5A, więc ma 5 elektronów walencyjnych. Stosując wzór na liczbę elektronów walencyjnych jonów polielektronowych, mamy:
Dlatego jon amonowy ma łącznie 8 elektronów walencyjnych rozmieszczonych między jego pięcioma atomami.
Przykład #4: Elektrony walencyjne anionu azotanowego (NO 3 – )
Anion azotanowy składa się z 3 atomów tlenu i jednego atomu azotu i ma ładunek ujemny -1. Pierwiastek tlenu należy do grupy 6A układu okresowego pierwiastków, dlatego ma 6 elektronów walencyjnych, podczas gdy ma 5 elektronów walencyjnych , jak widzieliśmy w poprzednim przykładzie. Stosując ponownie wzór mamy:
Dlatego jon azotanowy ma łącznie 24 elektrony walencyjne rozmieszczone między jego czterema atomami.
Bibliografia
Oblicz liczbę elektronów i liczbę neutronów w jonach . (2019, 4 września). Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=nM7npEf27Do
Miralles, A. (2009, 4 sierpnia). Protony, neutrony i elektrony. izotopy. Jony 02 – Mądra ropucha . Mądra Ropucha. https://www.elsaposabio.com/quimica/?p=780
REPREZENTACJA JONÓW . (nd). 3° To. http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/el_atomo/iones.htm?4&1
wikiJak. (2019, 5 stycznia). Jak znaleźć liczbę protonów, neutronów i elektronów . https://en.wikihow.com/find-the-n%C3%BAmer-protonów,-neutronów-i-elektronów
