Tabla de Contenidos
Τα άτομα αποτελούνται από έναν πυρήνα που περιβάλλεται από ηλεκτρόνια που περιστρέφονται με μεγάλη ταχύτητα γύρω του. Ο πυρήνας αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια και ο αριθμός των πρωτονίων είναι το μέρος του ατόμου που του δίνει την ταυτότητά του. Αυτός είναι ο λόγος που αυτός ο αριθμός ονομάζεται ατομικός αριθμός.
Το φορτίο σε κάθε πρωτόνιο είναι ίσο σε μέγεθος αλλά αντίθετο σε πρόσημο με το φορτίο του ηλεκτρονίου. Για το λόγο αυτό, γίνεται κατανοητό ότι στον πυρήνα ενός ουδέτερου ατόμου πρέπει να υπάρχει ο ίδιος αριθμός ηλεκτρονίων με τα πρωτόνια. Με αυτή την έννοια, ο αριθμός των ηλεκτρονίων σε ένα ουδέτερο άτομο καθορίζεται από τον ατομικό αριθμό (Z).
Αυτό είναι πολύ εύκολο να γίνει κατανοητό, αλλά τι γίνεται με τα ιόντα; Πώς προσδιορίζεται ο αριθμός των ηλεκτρονίων και των πρωτονίων σε ένα κατιόν ή ένα ανιόν; Για να το καταλάβουμε πρέπει πρώτα να καταλάβουμε τι είναι τα ιόντα και πώς σχηματίζονται.
Τι είναι ένα ιόν;
Ιόν είναι κάθε χημικό είδος που έχει καθαρό ηλεκτρικό φορτίο. Αυτό σημαίνει ότι πρέπει να υπάρχει μια ανισορροπία μεταξύ του αριθμού των θετικών φορτίων στον πυρήνα και του αριθμού των αρνητικών φορτίων στο περιβάλλον νέφος ηλεκτρονίων. Με άλλα λόγια, ένα ιόν είναι ένα χημικό είδος στο οποίο ο αριθμός των πρωτονίων και των ηλεκτρονίων δεν είναι ίσος.
Τα ιόντα σχηματίζονται σε χημικές αντιδράσεις μέσω της απώλειας ή κέρδους ηλεκτρονίων, ανεξάρτητα από το αν το ιόν είναι θετικό ή αρνητικό. Αυτό συμβαίνει επειδή οι χημικές αντιδράσεις δεν περιλαμβάνουν ποτέ τον πυρήνα, αλλά μόνο τα ηλεκτρόνια σθένους, τα οποία είναι τα εξώτατα ηλεκτρόνια σε ένα άτομο.
Η απώλεια ή το κέρδος ηλεκτρονίων δημιουργεί δύο τύπους ιόντων ανάλογα με το φορτίο τους: κατιόντα και ανιόντα.
κατιόντα
Είναι ιόντα που έχουν καθαρό θετικό φορτίο. Αυτά τα ιόντα σχηματίζονται όταν ένα ουδέτερο άτομο χάνει ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια. Ο όρος κατιόν προέρχεται από το γεγονός ότι, κατά την ηλεκτρόλυση ενός διαλύματος ή ενός τετηγμένου άλατος, αυτά τα ιόντα είναι εκείνα που κατευθύνονται προς την κάθοδο ή το ηλεκτρόδιο στο οποίο συμβαίνει η αντίδραση αναγωγής.
Πώς να υπολογίσετε τον αριθμό των πρωτονίων και των ηλεκτρονίων σε ένα κατιόν;
Το θετικό φορτίο των κατιόντων δεν οφείλεται στο ότι ο πυρήνας έχει αποκτήσει θετικά φορτισμένα πρωτόνια, αλλά επειδή το άτομο έχει χάσει αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια, αφήνοντας μια περίσσεια θετικών φορτίων. Για το λόγο αυτό, η τιμή του θετικού φορτίου αντιπροσωπεύει τον αριθμό των ηλεκτρονίων που έχασε το ουδέτερο άτομο για να γίνει κατιόν.
Λαμβάνοντας υπόψη αυτό, ο αριθμός των ηλεκτρονίων σε ένα κατιόν δεν είναι μεγαλύτερος από τον αριθμό των ηλεκτρονίων που είχε αρχικά το ουδέτερο άτομο, μείον τον αριθμό των θετικών φορτίων στο κατιόν. Από την άλλη πλευρά, δεδομένου ότι ο πυρήνας του ατόμου δεν επηρεάζεται κατά το σχηματισμό του κατιόντος, ο αριθμός των πρωτονίων τόσο στο ουδέτερο άτομο όσο και στο κατιόν είναι ο ίδιος και είναι ίσος με τον ατομικό αριθμό του εν λόγω στοιχείου.
Αν ονομάσουμε p τον αριθμό των πρωτονίων, n e – τον αριθμό των ηλεκτρονίων και q το φορτίο του κατιόντος, τότε μπορούμε να πούμε ότι:
Συνοπτικά, ο αριθμός των πρωτονίων σε ένα κατιόν είναι ίσος με τον ατομικό αριθμό του στοιχείου, ενώ ο αριθμός των ηλεκτρονίων δίνεται αφαιρώντας τον ατομικό αριθμό και το φορτίο του ιόντος:
ανιόντα
Τα ανιόντα είναι το αντίθετο των κατιόντων. Είναι ιόντα που έχουν καθαρό αρνητικό φορτίο και που πηγαίνουν προς την άνοδο στις κυψέλες ηλεκτρόλυσης, γεγονός από το οποίο πήραν και το όνομά τους. Τα ανιόντα σχηματίζονται όταν ένα ουδέτερο άτομο αποκτά ηλεκτρόνια, δημιουργώντας μια περίσσεια αρνητικών φορτίων που δεν εξισορροπείται από τα θετικά φορτία του πυρήνα.
Πώς να υπολογίσετε τον αριθμό των πρωτονίων και των ηλεκτρονίων σε ένα κατιόν;
Ακολουθώντας την ίδια λογική όπως πριν, ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα ενός μονοατομικού ανιόντος είναι ίδιος με εκείνον του ουδέτερου ατόμου, επομένως ισχύει το p = Z. Αντίθετα, ο αριθμός των ηλεκτρονίων είναι, σε αυτή την περίπτωση, το άθροισμα του αριθμού των ηλεκτρονίων στο ουδέτερο άτομο, συν τον αριθμό των αρνητικών φορτίων στο ανιόν. Αυτό μπορεί να γραφτεί ως:
Σε αυτή την περίπτωση, η απόλυτη τιμή του q πρέπει να ληφθεί έτσι ώστε η τιμή να αθροίζεται, καθώς τα ανιόντα έχουν περισσότερα ηλεκτρόνια από ουδέτερα άτομα. Επομένως, για τον υπολογισμό του αριθμού των πρωτονίων και των ηλεκτρονίων σε ένα ανιόν, χρησιμοποιούνται οι ακόλουθοι τύποι:
Γενικός τρόπος υπολογισμού του αριθμού των πρωτονίων και των ηλεκτρονίων σε ένα ιόν
Όπως μπορούμε να δούμε από τις δύο προηγούμενες εκφράσεις, για να προσδιορίσουμε τον αριθμό των ηλεκτρονίων σε ένα ιόν, αρκεί να προσθέσουμε ή να αφαιρέσουμε το φορτίο ανάλογα με το αν είναι ανιόν ή κατιόν. Ωστόσο, αυτό ισοδυναμεί με την αφαίρεση πάντα του ηλεκτρικού φορτίου του ιόντος, αρκεί να συμπεριλάβουμε το πρόσημο του φορτίου κατά την αντικατάσταση της τιμής. Με αυτόν τον τρόπο, θα αφαιρέσουμε αν είναι κατιόν (επειδή το φορτίο είναι θετικό και όταν πολλαπλασιάζουμε με το μείον του τύπου το αποτέλεσμα είναι αρνητικό) και προσθέτουμε αν είναι ανιόν (επειδή το γινόμενο του αρνητικού του τύπου με αυτό του φορτίου καταλήγει σε θετικό πρόσημο).
Δηλαδή, για οποιοδήποτε ιόν, είτε είναι θετικό είτε αρνητικό, ο αριθμός των πρωτονίων και των ηλεκτρονίων δίνεται από:
Υπολογισμός του συνολικού αριθμού ηλεκτρονίων σθένους σε πολυατομικά ιόντα
Εκτός από το ότι διακρίνονται από το φορτίο τους, τα ιόντα μπορούν επίσης να διαφέρουν ως προς τον αριθμό των ατόμων που τα αποτελούν. Οι προηγούμενες ενότητες αντιστοιχούν σε κατιόντα και ανιόντα που σχηματίζονται από ένα μόνο άτομο. Δηλαδή, η παραπάνω εξίσωση ισχύει μόνο για μονοατομικά ιόντα (αν και μπορεί να προσαρμοστεί για άλλους τύπους ιόντων).
Ωστόσο, υπάρχει επίσης μια μεγάλη ποικιλία μοριακών κατιόντων και ανιόντων, που αποτελούνται από δύο ή περισσότερα άτομα συνδεδεμένα μεταξύ τους με ομοιοπολικούς δεσμούς. Σε αυτές τις περιπτώσεις, είναι σημαντικό να προσδιοριστεί ο αριθμός των ηλεκτρονίων σε αυτόν τον τύπο ιόντων, καθώς αυτή η πληροφορία μας επιτρέπει να δημιουργήσουμε τις δομές Lewis των εν λόγω ιόντων, δίνοντας έτσι πληροφορίες για τους τύπους των δεσμών που σχηματίζονται και τη μοριακή γεωμετρία γύρω από το κεντρικό άτομο ή κεντρικά άτομα, εάν υπάρχουν περισσότερα από ένα.
Ωστόσο, σε αυτές τις περιπτώσεις δεν είναι τόσο σημαντικό να γνωρίζουμε τον συνολικό αριθμό ηλεκτρονίων σε όλα τα άτομα, αλλά μάλλον τον συνολικό αριθμό ηλεκτρονίων σθένους, χωρίς να συμπεριλαμβάνουμε κανένα από τα εσωτερικά ηλεκτρόνια των ατόμων που αποτελούν το ιόν.
Στην περίπτωση αυτή, ο τύπος για τον αριθμό των ηλεκτρονίων τροποποιείται ως εξής:
Όπου n e-Σθένος είναι ο συνολικός αριθμός ηλεκτρονίων σθένους στο ιόν, το #eV i αντιπροσωπεύει τον αριθμό των ηλεκτρονίων σθένους στο στοιχείο i , n i είναι ο αριθμός των ατόμων του στοιχείου i που υπάρχει στο ιόν και το ιόν q είναι, πάλι , το φορτίο του ιόντος με το αντίστοιχο πρόσημο. Ο αριθμός των ηλεκτρονίων σθένους ενός στοιχείου μπορεί να προσδιοριστεί είτε μέσω της ηλεκτρονικής διαμόρφωσης είτε εξετάζοντας την ομάδα στην οποία βρίσκεται στον περιοδικό πίνακα (κυρίως στην περίπτωση αντιπροσωπευτικών στοιχείων).
Παραδείγματα υπολογισμού πρωτονίων και ηλεκτρονίων μονοατομικών ιόντων
Παράδειγμα #1: Πρωτόνια και ηλεκτρόνια του κατιόντος σιδήρου
Το κατιόν σιδήρου αντιστοιχεί στο ιόν Fe 3+ , ένα μονοατομικό ιόν με πυρήνα σιδήρου. Από τον περιοδικό πίνακα παίρνουμε ότι ο ατομικός αριθμός του σιδήρου είναι 26 (Z = 26) και, όπως μπορούμε να δούμε, το ιόν έχει τρία θετικά φορτία ( q = +3 ). Επομένως, ο αριθμός των πρωτονίων και των ηλεκτρονίων στο κατιόν σιδήρου είναι:
Παράδειγμα #2: Πρωτόνια και ηλεκτρόνια του σουλφιδικού ανιόντος
Το θειούχο ανιόν αντιστοιχεί στο ιόν S 2- , ένα μονοατομικό ιόν με πυρήνα θείου και δύο αρνητικά ηλεκτρικά φορτία. Ο ατομικός αριθμός του θείου είναι 16 (Z = 16) και, στην περίπτωση αυτή, q = – 2 . Επομένως, ο αριθμός των πρωτονίων και των ηλεκτρονίων στο θειούχο ανιόν είναι:
Παραδείγματα υπολογισμού ηλεκτρονίων σθένους πολυατομικών ιόντων
Παράδειγμα #3: Ηλεκτρόνια σθένους του κατιόντος αμμωνίου (NH 4 + )
Το κατιόν αμμωνίου αποτελείται από 4 άτομα υδρογόνου και ένα άτομο αζώτου και έχει θετικό φορτίο +1. Το στοιχείο υδρογόνο ανήκει στην ομάδα 1Α του περιοδικού πίνακα, άρα έχει 1 ηλεκτρόνιο σθένους, ενώ το άζωτο στην ομάδα 5Α, άρα έχει 5 ηλεκτρόνια σθένους. Εφαρμόζοντας τον τύπο για τον αριθμό των ηλεκτρονίων σθένους των ιόντων πολυηλεκτρονίου, έχουμε:
Επομένως, το ιόν αμμωνίου έχει συνολικά 8 ηλεκτρόνια σθένους κατανεμημένα μεταξύ των πέντε ατόμων του.
Παράδειγμα #4: Ηλεκτρόνια σθένους του νιτρικού ανιόντος (NO 3 – )
Το νιτρικό ανιόν αποτελείται από 3 άτομα οξυγόνου και ένα άτομο αζώτου και έχει αρνητικό φορτίο -1. Το στοιχείο οξυγόνου ανήκει στην ομάδα 6Α του περιοδικού πίνακα, γι’ αυτό έχει 6 ηλεκτρόνια σθένους, ενώ έχει 5 ηλεκτρόνια σθένους. , όπως είδαμε στο προηγούμενο παράδειγμα. Εφαρμόζοντας ξανά τον τύπο, έχουμε:
Επομένως, το νιτρικό ιόν έχει συνολικά 24 ηλεκτρόνια σθένους κατανεμημένα μεταξύ των τεσσάρων ατόμων του.
βιβλιογραφικές αναφορές
Υπολογίστε τον αριθμό των ηλεκτρονίων και τον αριθμό των νετρονίων στα ιόντα . (2019, 4 Σεπτεμβρίου). Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=nM7npEf27Do
Miralles, A. (2009, 4 Αυγούστου). Πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια. ισότοπα. Ions 02 – The Wise Toad . Ο Σοφός Φρύνος. https://www.elsaposabio.com/quimica/?p=780
ΑΝΑΠΑΡΑΣΤΑΣΗ ΙΟΝΤΩΝ . (ν). 3° Αυτό. http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/el_atomo/iones.htm?4&1
wikiHow. (2019, 5 Ιανουαρίου). Πώς να βρείτε τον αριθμό των πρωτονίων, νετρονίων και ηλεκτρονίων . https://en.wikihow.com/find-the-n%C3%BAmer-of-protons,-neutrons-and-electrons
