Tabla de Contenidos
Atomer är uppbyggda av en kärna omgiven av elektroner som roterar med hög hastighet runt den. Kärnan är uppbyggd av protoner och neutroner och antalet protoner är den del av atomen som ger den dess identitet. Detta är anledningen till att detta nummer kallas atomnumret.
Laddningen på varje proton är lika stor men motsatt i tecken till laddningen på elektronen. Av denna anledning är det underförstått att i kärnan av en neutral atom måste det finnas samma antal elektroner som protoner. I denna mening bestäms antalet elektroner i en neutral atom av atomnumret (Z).
Detta är väldigt lätt att förstå, men hur är det med joner? Hur bestäms antalet elektroner och protoner i en katjon eller en anjon? För att förstå det måste vi först förstå vad joner är och hur de bildas.
Vad är en jon?
En jon är vilken kemisk art som helst som har en elektrisk nettoladdning. Detta innebär att det måste finnas en obalans mellan antalet positiva laddningar i kärnan och antalet negativa laddningar i det omgivande elektronmolnet. Med andra ord är en jon en kemisk art där antalet protoner och elektroner inte är lika.
Joner bildas i kemiska reaktioner genom förlust eller förstärkning av elektroner, oavsett om jonen är positiv eller negativ. Detta beror på att kemiska reaktioner aldrig involverar kärnan, utan endast valenselektronerna, som är de yttersta elektronerna i en atom.
Förlust eller vinst av elektroner ger upphov till två typer av joner beroende på deras laddning: katjoner och anjoner.
katjoner
De är joner som har en positiv nettoladdning. Dessa joner bildas när en neutral atom förlorar en eller flera elektroner. Termen katjon kommer från det faktum att dessa joner under elektrolysen av en lösning eller ett smält salt är de som är riktade mot katoden, eller elektroden där reduktionsreaktionen sker.
Hur beräknar man antalet protoner och elektroner i en katjon?
Den positiva laddningen av katjoner beror inte på att kärnan har fått positivt laddade protoner, utan snarare på att atomen har förlorat negativt laddade elektroner, vilket lämnar ett överskott av positiva laddningar. Av denna anledning representerar värdet på den positiva laddningen antalet elektroner som den neutrala atomen förlorade för att bli katjonen.
Med tanke på detta är antalet elektroner i en katjon inte mer än antalet elektroner som den neutrala atomen ursprungligen hade, minus antalet positiva laddningar på katjonen. Å andra sidan, eftersom atomkärnan inte påverkas när katjonen bildas, är antalet protoner i både den neutrala atomen och katjonen detsamma, och är lika med atomnumret för det aktuella elementet.
Om vi kallar p antalet protoner, n e – antalet elektroner och q laddningen av katjonen, så kan vi säga att:
Sammanfattningsvis är antalet protoner i en katjon lika med grundämnets atomnummer, medan antalet elektroner ges genom att subtrahera atomnumret och jonens laddning:
anjoner
Anjoner är motsatsen till katjoner. De är joner som har en netto negativ laddning och som går mot anoden i elektrolyscellerna, ett faktum som de fått sitt namn från. Anjoner bildas när en neutral atom får elektroner, vilket skapar ett överskott av negativa laddningar som inte balanseras av de positiva laddningarna i kärnan.
Hur beräknar man antalet protoner och elektroner i en katjon?
Enligt samma logik som tidigare är antalet protoner i kärnan i en monoatomisk anjon detsamma som i den neutrala atomen, så p = Z gäller fortfarande . Istället är antalet elektroner, i detta fall, summan av antalet elektroner i den neutrala atomen, plus antalet negativa laddningar på anjonen. Detta kan skrivas som:
I detta fall måste absolutvärdet av q tas så att värdet summeras, eftersom anjoner har fler elektroner än neutrala atomer. Därför, för att beräkna antalet protoner och elektroner i en anjon, används följande formler:
Allmänt sätt att beräkna antalet protoner och elektroner i en jon
Som vi kan se av de två föregående uttrycken räcker det för att bestämma antalet elektroner i en jon att addera eller subtrahera laddningen beroende på om det är en anjon eller en katjon. Detta motsvarar dock att alltid subtrahera jonens elektriska laddning, så länge vi tar med laddningens tecken när vi ersätter värdet. På detta sätt kommer vi att subtrahera om det är en katjon (eftersom laddningen är positiv och när vi multiplicerar med minus på formeln blir resultatet negativt) och adderar om det är en anjon (eftersom produkten av det negativa i formeln med det av laddningen resulterar i ett positivt tecken).
Det vill säga att för alla joner, vare sig den är positiv eller negativ, ges antalet protoner och elektroner av:
Beräkning av det totala antalet valenselektroner i polyatomära joner
Förutom att utmärkas av sin laddning kan joner också skilja sig åt i antalet atomer som utgör dem. De föregående avsnitten motsvarar katjoner och anjoner som bildas av en enda atom. Det vill säga, ovanstående ekvation gäller endast monoatomiska joner (även om den kan anpassas för andra typer av joner).
Men det finns också en mängd olika molekylära katjoner och anjoner, sammansatta av två eller flera atomer sammanlänkade med kovalenta bindningar. I dessa fall är det viktigt att bestämma antalet elektroner i denna typ av joner eftersom denna information tillåter oss att bygga Lewis-strukturerna för nämnda joner, vilket ger information om vilka typer av bindningar som bildas och den molekylära geometrin runt den centrala atom eller centrala atomer, om det finns fler än en.
Men i dessa fall är det inte så viktigt att veta det totala antalet elektroner i alla atomer, utan snarare det totala antalet valenselektroner, inte inklusive någon av de inre elektronerna i atomerna som utgör jonen.
I det här fallet ändras formeln för antalet elektroner enligt följande:
Där n e-Valens är det totala antalet valenselektroner i jonen, #eV i representerar antalet valenselektroner i element i , n i är antalet atomer av element i som finns i jonen, och q- jonen är återigen , jonens laddning med dess respektive tecken. Antalet valenselektroner för ett element kan bestämmas antingen med hjälp av den elektroniska konfigurationen, eller genom att titta på gruppen där det finns i det periodiska systemet (främst när det gäller representativa element).
Exempel på beräkning av protoner och elektroner av monoatomiska joner
Exempel #1: Protoner och elektroner i järnkatjonen
Järnkatjonen motsvarar Fe 3+ -jonen , en monoatomisk jon med en järnkärna. Från det periodiska systemet får vi att järnets atomnummer är 26 (Z = 26) och, som vi kan se, har jonen tre positiva laddningar ( q = +3 ). Därför är antalet protoner och elektroner i järnkatjonen:
Exempel #2: Protoner och elektroner av sulfidanjonen
Sulfidanjonen motsvarar S 2- jonen , en monoatomisk jon med en svavelkärna och två negativa elektriska laddningar. Atomnumret för svavel är 16 (Z = 16) och i detta fall q = – 2 . Därför är antalet protoner och elektroner i sulfidanjonen:
Exempel på beräkning av valenselektroner för polyatomära joner
Exempel #3: Valenselektroner för ammoniumkatjonen (NH 4 + )
Ammoniumkatjonen består av 4 väteatomer och en kväveatom och har en positiv laddning på +1. Grundämnet väte tillhör grupp 1A i det periodiska systemet, så det har 1 valenselektron, medan kväve tillhör grupp 5A, så det har 5 valenselektroner. Genom att tillämpa formeln för antalet valenselektroner för polyelektronjoner har vi:
Därför har ammoniumjonen totalt 8 valenselektroner fördelade på dess fem atomer.
Exempel #4: Valenselektroner för nitratanjonen (NO 3 – )
Nitratanjonen är uppbyggd av 3 syreatomer och en kväveatom och har en negativ laddning på -1. Syreelementet tillhör grupp 6A i det periodiska systemet, varför det har 6 valenselektroner, medan det har 5 valenselektroner , som vi såg i föregående exempel. Om vi använder formeln igen har vi:
Därför har nitratjonen totalt 24 valenselektroner fördelade på dess fyra atomer.
Referenser
Beräkna antalet elektroner och antalet neutroner i joner . (2019, 4 september). Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=nM7npEf27Do
Miralles, A. (2009, 4 augusti). Protoner, neutroner och elektroner. isotoper. Joner 02 – Den kloka paddan . Den kloka paddan. https://www.elsaposabio.com/quimica/?p=780
REPRESENTATION AV JONER . (nd). 3° Det. http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/el_atomo/iones.htm?4&1
wikiHow. (2019, 5 januari). Hur man hittar antalet protoner, neutroner och elektroner . https://en.wikihow.com/find-the-n%C3%BAmer-of-protons,-neutrons-and-electrons
