Tabla de Contenidos
Atomer består af en kerne omgivet af elektroner, der roterer med høj hastighed omkring den. Kernen består af protoner og neutroner, og antallet af protoner er den del af atomet, der giver det dets identitet. Dette er grunden til, at dette tal kaldes atomnummeret.
Ladningen på hver proton er lige stor, men i modsat fortegn til ladningen på elektronen. Af denne grund er det underforstået, at der i kernen af et neutralt atom skal være det samme antal elektroner som protoner. I denne forstand er antallet af elektroner i et neutralt atom bestemt af atomnummeret (Z).
Dette er meget let at forstå, men hvad med ioner? Hvordan bestemmes antallet af elektroner og protoner i en kation eller en anion? For at forstå det må vi først forstå, hvad ioner er, og hvordan de dannes.
Hvad er en ion?
En ion er enhver kemisk art, der har en netto elektrisk ladning. Dette indebærer, at der skal være en ubalance mellem antallet af positive ladninger i kernen og antallet af negative ladninger i den omgivende elektronsky. Med andre ord er en ion en kemisk art, hvor antallet af protoner og elektroner ikke er det samme.
Ioner dannes i kemiske reaktioner gennem tab eller forstærkning af elektroner, uanset om ionen er positiv eller negativ. Det skyldes, at kemiske reaktioner aldrig involverer kernen, men kun valenselektronerne, som er de yderste elektroner i et atom.
Tabet eller forstærkningen af elektroner giver anledning til to typer ioner i henhold til deres ladning: kationer og anioner.
kationer
De er ioner, der har en netto positiv ladning. Disse ioner dannes, når et neutralt atom mister en eller flere elektroner. Udtrykket kation kommer fra det faktum, at disse ioner under elektrolysen af en opløsning eller et smeltet salt er dem, der er rettet mod katoden eller elektroden, hvori reduktionsreaktionen finder sted.
Hvordan beregner man antallet af protoner og elektroner i en kation?
Den positive ladning af kationer skyldes ikke, at kernen har fået positivt ladede protoner, men snarere fordi atomet har mistet negativt ladede elektroner, hvilket efterlader et overskud af positive ladninger. Af denne grund repræsenterer værdien af den positive ladning antallet af elektroner, som det neutrale atom mistede for at blive kationen.
I lyset af dette er antallet af elektroner i en kation ikke mere end antallet af elektroner, det neutrale atom oprindeligt havde, minus antallet af positive ladninger på kationen. På den anden side, da atomets kerne ikke påvirkes, når kationen dannes, er antallet af protoner i både det neutrale atom og kationen det samme, og er lig med atomnummeret på det pågældende grundstof.
Hvis vi kalder p antallet af protoner, n e – antallet af elektroner og q ladningen af kationen, så kan vi sige, at:
Sammenfattende er antallet af protoner i en kation lig med grundstoffets atomnummer, mens antallet af elektroner er givet ved at trække atomnummeret og ladningen af ionen fra:
anioner
Anioner er det modsatte af kationer. Det er ioner, der har en netto negativ ladning, og som går mod anoden i elektrolysecellerne, hvilket de har fået deres navn fra. Anioner dannes, når et neutralt atom får elektroner, hvilket skaber et overskud af negative ladninger, der ikke er afbalanceret af kernens positive ladninger.
Hvordan beregner man antallet af protoner og elektroner i en kation?
Efter samme logik som før er antallet af protoner i kernen af en monatomisk anion det samme som i det neutrale atom, så p = Z gælder stadig . I stedet er antallet af elektroner i dette tilfælde summen af antallet af elektroner i det neutrale atom plus antallet af negative ladninger på anionen. Dette kan skrives som:
I dette tilfælde skal den absolutte værdi af q tages , så værdien summeres, da anioner har flere elektroner end neutrale atomer. Derfor, for at beregne antallet af protoner og elektroner i en anion, bruges følgende formler:
Generel måde at beregne antallet af protoner og elektroner i en ion
Som vi kan se af de to foregående udtryk, er det for at bestemme antallet af elektroner i en ion nok at addere eller trække ladningen fra afhængigt af, om det er en anion eller en kation. Dette svarer dog til altid at trække ionens elektriske ladning fra, så længe vi medtager ladningens fortegn, når vi erstatter værdien. På denne måde vil vi trække, hvis det er en kation (fordi ladningen er positiv, og når man multiplicerer med minus af formlen, er resultatet negativt) og addere, hvis det er en anion (fordi produktet af det negative af formlen med ladningen resulterer i et positivt fortegn).
Det vil sige, at for enhver ion, hvad enten den er positiv eller negativ, er antallet af protoner og elektroner givet ved:
Beregning af det samlede antal valenselektroner i polyatomære ioner
Ud over at være kendetegnet ved deres ladning, kan ioner også være forskellige i antallet af atomer, der udgør dem. De foregående afsnit svarer til kationer og anioner dannet af et enkelt atom. Det vil sige, at ovenstående ligning kun gælder for monoatomiske ioner (selvom den kan tilpasses til andre typer ioner).
Men der er også en lang række molekylære kationer og anioner, sammensat af to eller flere atomer forbundet med kovalente bindinger. I disse tilfælde er det vigtigt at bestemme antallet af elektroner i denne type ioner, da denne information giver os mulighed for at opbygge Lewis-strukturerne af nævnte ioner og dermed give information om de typer bindinger, der dannes, og den molekylære geometri omkring den centrale atom eller centrale atomer, hvis der er mere end ét.
Men i disse tilfælde er det ikke så vigtigt at kende det samlede antal elektroner i alle atomerne, men derimod det samlede antal valenselektroner, ikke inklusive nogen af de indre elektroner i atomerne, der udgør ionen.
I dette tilfælde modificeres formlen for antallet af elektroner som følger:
Hvor n e-Valence er det samlede antal valenselektroner i ionen, #eV i repræsenterer antallet af valenselektroner i element i , n i er antallet af atomer af element i til stede i ionen, og q ion er igen , ladningen af ionen med dens respektive tegn. Antallet af valenselektroner af et grundstof kan bestemmes enten ved hjælp af den elektroniske konfiguration eller ved at se på gruppen, hvori det findes i det periodiske system (hovedsageligt i tilfælde af repræsentative grundstoffer).
Eksempler på beregning af protoner og elektroner af monoatomiske ioner
Eksempel #1: Protoner og elektroner i ferrikationen
Ferrikationen svarer til Fe 3+ ionen , en monoatomisk ion med en jernkerne. Fra det periodiske system får vi, at jernets atomnummer er 26 (Z = 26), og som vi kan se, har ionen tre positive ladninger ( q = +3 ). Derfor er antallet af protoner og elektroner i ferrikationen:
Eksempel #2: Protoner og elektroner af sulfidanionen
Sulfidanionen svarer til S 2- ionen , en monoatomisk ion med en svovlkerne og to negative elektriske ladninger. Atomnummeret for svovl er 16 (Z = 16) og i dette tilfælde q = – 2 . Derfor er antallet af protoner og elektroner i sulfidanionen:
Eksempler på beregning af valenselektroner af polyatomære ioner
Eksempel #3: Valenselektroner af ammoniumkationen (NH 4 + )
Ammoniumkationen består af 4 brintatomer og et nitrogenatom og har en positiv ladning på +1. Grundstoffet brint tilhører gruppe 1A i det periodiske system, så det har 1 valenselektron, mens nitrogen hører til gruppe 5A, så det har 5 valenselektroner. Ved at anvende formlen for antallet af valenselektroner af polyelektronioner har vi:
Derfor har ammoniumionen i alt 8 valenselektroner fordelt på dens fem atomer.
Eksempel #4: Valenselektroner af nitratanionen (NO 3 – )
Nitratanionen er opbygget af 3 oxygenatomer og et nitrogenatom og har en negativ ladning på -1. Iltgrundstoffet tilhører gruppe 6A i det periodiske system, hvorfor det har 6 valenselektroner, mens det har 5 valenselektroner , som vi så i det foregående eksempel. Ved at anvende formlen igen har vi:
Derfor har nitrationen i alt 24 valenselektroner fordelt på dens fire atomer.
Referencer
Beregn antallet af elektroner og antallet af neutroner i ioner . (2019, 4. september). Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=nM7npEf27Do
Miralles, A. (2009, 4. august). Protoner, neutroner og elektroner. isotoper. Ioner 02 – Den kloge tudse . Den kloge tudse. https://www.elsaposabio.com/quimica/?p=780
REPRÆSENTATION AF IONER . (nd). 3° Det. http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/el_atomo/iones.htm?4&1
wikiHow. (2019, 5. januar). Sådan finder du antallet af protoner, neutroner og elektroner . https://en.wikihow.com/find-the-n%C3%BAmer-of-protons,-neutrons-and-electrons
