Tabla de Contenidos
Атомите са изградени от ядро, заобиколено от електрони, които се въртят с висока скорост около него. Ядрото се състои от протони и неутрони и броят на протоните е частта от атома, която му придава неговата идентичност. Това е причината това число да се нарича атомно число.
Зарядът на всеки протон е равен по големина, но противоположен по знак на заряда на електрона. Поради тази причина се разбира, че в ядрото на неутрален атом трябва да има същия брой електрони като протоните. В този смисъл броят на електроните в неутрален атом се определя от атомния номер (Z).
Това е много лесно за разбиране, но какво ще кажете за йоните? Как се определя броят на електроните и протоните в катион или анион? За да го разберем, първо трябва да разберем какво представляват йоните и как се образуват.
Какво е йон?
Йонът е всеки химичен вид, който има нетен електрически заряд. Това означава, че трябва да има дисбаланс между броя на положителните заряди в ядрото и броя на отрицателните заряди в заобикалящия електронен облак. С други думи, йонът е химически вид, в който броят на протоните и електроните не е равен.
Йоните се образуват в химични реакции чрез загуба или печалба на електрони, независимо дали йонът е положителен или отрицателен. Това е така, защото химичните реакции никога не включват ядрото, а само валентните електрони, които са най-външните електрони в атома.
Загубата или печалбата на електрони води до два вида йони според техния заряд: катиони и аниони.
катиони
Те са йони, които имат нетен положителен заряд. Тези йони се образуват, когато неутрален атом загуби един или повече електрони. Терминът катион идва от факта, че по време на електролизата на разтвор или разтопена сол тези йони се насочват към катода или електрода, в който протича реакцията на редукция.
Как да изчислим броя на протоните и електроните в катион?
Положителният заряд на катионите не е защото ядрото е получило положително заредени протони, а по-скоро защото атомът е загубил отрицателно заредени електрони, оставяйки излишък от положителни заряди. Поради тази причина стойността на положителния заряд представлява броя на електроните, които неутралния атом е загубил, за да стане катион.
С оглед на това броят на електроните в катиона не е повече от броя на електроните, които първоначално е имал неутралния атом, минус броя на положителните заряди на катиона. От друга страна, тъй като ядрото на атома не е засегнато при образуването на катиона, броят на протоните както в неутралния атом, така и в катиона е еднакъв и е равен на атомния номер на въпросния елемент.
Ако наречем p броя на протоните, n e – броя на електроните и q заряда на катиона, тогава можем да кажем, че:
В обобщение, броят на протоните в катион е равен на атомния номер на елемента, докато броят на електроните се дава чрез изваждане на атомния номер и заряда на йона:
аниони
Анионите са противоположни на катионите. Те са йони, които имат нетен отрицателен заряд и отиват към анода в електролизните клетки, факт, от който получават името си. Анионите се образуват, когато неутрален атом получи електрони, създавайки излишък от отрицателни заряди, който не е балансиран от положителните заряди на ядрото.
Как да изчислим броя на протоните и електроните в катион?
Следвайки същата логика, както преди, броят на протоните в ядрото на моноатомен анион е същият като в неутралния атом, така че p = Z все още е в сила . Вместо това броят на електроните в този случай е сумата от броя на електроните в неутралния атом плюс броя на отрицателните заряди на аниона. Това може да се запише като:
В този случай трябва да се вземе абсолютната стойност на q , така че стойността да се сумира, тъй като анионите имат повече електрони от неутралните атоми. Следователно, за да се изчисли броят на протоните и електроните в анион, се използват следните формули:
Общ начин за изчисляване на броя на протоните и електроните в един йон
Както можем да видим от двата предишни израза, за да се определи броят на електроните в един йон, е достатъчно да се добави или извади зарядът в зависимост от това дали е анион или катион. Това обаче е еквивалентно на винаги изваждане на електрическия заряд на йона, стига да включим знака на заряда, когато заместваме стойността. По този начин ще изваждаме дали е катион (тъй като зарядът е положителен и при умножаване по минуса на формулата резултатът е отрицателен) и добавяме, ако е анион (тъй като произведението на отрицателния от формулата с този на заряда води до положителен знак).
Това означава, че за всеки йон, независимо дали е положителен или отрицателен, броят на протоните и електроните се дава от:
Изчисляване на общия брой валентни електрони в многоатомните йони
Освен че се отличават по своя заряд, йоните могат да се различават и по броя на атомите, които ги изграждат. Предишните раздели съответстват на катиони и аниони, образувани от един атом. Тоест, горното уравнение се прилага само за едноатомни йони (въпреки че може да се адаптира за други видове йони).
Съществува обаче и голямо разнообразие от молекулни катиони и аниони, съставени от два или повече атома, свързани заедно чрез ковалентни връзки. В тези случаи е важно да се определи броят на електроните в този тип йони, тъй като тази информация ни позволява да изградим структурите на Луис на споменатите йони, като по този начин даваме информация за видовете връзки, които се образуват и молекулната геометрия около централната атом или централни атоми, ако има повече от един.
В тези случаи обаче не е толкова важно да се знае общият брой електрони във всички атоми, а по-скоро общият брой валентни електрони, без да се включват вътрешните електрони на атомите, които съставляват йона.
В този случай формулата за броя на електроните се модифицира, както следва:
Където n e-Валентност е общият брой валентни електрони в йона, #eV i представлява броя на валентните електрони в елемент i , n i е броят на атомите на елемент i , присъстващи в йона, и q йон е отново , зарядът на йона със съответния му знак. Броят на валентните електрони на даден елемент може да се определи или чрез електронната конфигурация, или чрез разглеждане на групата, в която се намира в периодичната таблица ( главно в случай на представителни елементи).
Примери за изчисляване на протони и електрони на едноатомни йони
Пример #1: Протони и електрони на железния катион
Железният катион съответства на Fe 3+ йона , едноатомен йон с желязно ядро. От периодичната таблица получаваме, че атомният номер на желязото е 26 (Z = 26) и, както виждаме, йонът има три положителни заряда ( q = +3 ). Следователно броят на протоните и електроните в железния катион е:
Пример #2: Протони и електрони на сулфидния анион
Сулфидният анион съответства на S 2- йон , моноатомен йон със сярно ядро и два отрицателни електрически заряда. Атомният номер на сярата е 16 (Z = 16) и в този случай q = – 2 . Следователно броят на протоните и електроните в сулфидния анион е:
Примери за изчисляване на валентни електрони на многоатомни йони
Пример #3: Валентни електрони на амониевия катион (NH 4 + )
Амониевият катион се състои от 4 водородни атома и един азотен атом и има положителен заряд +1. Елементът водород принадлежи към група 1А на периодичната таблица, така че има 1 валентен електрон, докато азотът принадлежи към група 5А, така че има 5 валентни електрона. Прилагайки формулата за броя на валентните електрони на полиелектронните йони, имаме:
Следователно амониевият йон има общо 8 валентни електрона, разпределени между неговите пет атома.
Пример #4: Валентни електрони на нитратния анион (NO 3 – )
Нитратният анион се състои от 3 кислородни атома и един азотен атом и има отрицателен заряд от -1.Кислородният елемент принадлежи към група 6А на периодичната таблица, поради което има 6 валентни електрона, докато има 5 валентни електрона , както видяхме в предишния пример. Прилагайки отново формулата, имаме:
Следователно нитратният йон има общо 24 валентни електрона, разпределени между неговите четири атома.
Препратки
Изчислете броя на електроните и броя на неутроните в йоните . (2019, 4 септември). Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=nM7npEf27Do
Miralles, A. (2009, 4 август). Протони, неутрони и електрони. изотопи. Йони 02 – Мъдрата жаба . Мъдрата жаба. https://www.elsaposabio.com/quimica/?p=780
ПРЕДСТАВЯНЕ НА ЙОНИ . (nd). 3° Това. http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/el_atomo/iones.htm?4&1
wikiHow. (2019, 5 януари). Как да намерите броя на протоните, неутроните и електроните . https://en.wikihow.com/find-the-n%C3%BAmer-of-protons,-neutrons-and-electrons
