الجدول الدوري مع الشحنات

ما شحنة الأيون؟

الذرة متعادلة لأن عدد بروتوناتها يساوي عدد إلكتروناتها. وعندما تفقد إلكترونات تصبح أيونًا موجبًا (كاتيونًا)، وعندما تكتسب إلكترونات تصبح أيونًا سالبًا (أنيونًا). والشحنة هي عدد الإلكترونات المفقودة أو المكتسبة: ذرة الصوديوم التي تفقد إلكترونًا واحدًا تصبح Na⁺ بشحنة +1، وذرة الكلور التي تكتسب إلكترونًا واحدًا تصبح Cl⁻ بشحنة −1.

تفقد الذرات أو تكتسب عادةً العدد الكافي من الإلكترونات للوصول إلى التوزيع الإلكتروني نفسه لأقرب غاز نبيل. هذا الغلاف الخارجي الممتلئ مستقر بصورة خاصة، ولهذا تتبع الشحنات رقم المجموعة عن كثب.

كيف تجد الشحنة من المجموعة

بالنسبة لعناصر المجموعات الرئيسية تحدد المجموعة الشحنة. تكوّن فلزات المجموعة 1 أيونات +1، وفلزات المجموعة 2 أيونات +2، والألومنيوم في المجموعة 13 يكوّن +3. وفي الجانب الأيمن من الجدول ينعكس النمط للافلزات وأشباه الفلزات: عناصر المجموعة 15 تأخذ −3، وعناصر المجموعة 16 تأخذ −2، والهالوجينات في المجموعة 17 تأخذ −1، لأن اكتساب ثلاثة أو اثنين أو واحد من الإلكترونات يكمل غلافها الخارجي. أما الفلزات الأدنى في هذه المجموعات، مثل البزموت (+3، +5)، فتكوّن أيونات موجبة بدلًا من ذلك. وتُعرض المجموعة 18 بالقيمة 0، لأن للغازات النبيلة غلافًا ممتلئًا أصلًا.

يُعرض الكربون والسيليكون والجرمانيوم في المجموعة 14 بالشحنة ±4، والبورون بالشحنة +3، وهي الشحنات الناتجة عن مجموعتها. أما عمليًا فتتشارك هذه العناصر، مثل كثير من اللافلزات، الإلكترونات عادةً في روابط تساهمية بدلًا من تكوين أيونات بسيطة. ويُعرض الهيدروجين بشحنتين: +1، كما في الحموض، و−1 في هيدريدات الفلزات مثل هيدريد الصوديوم (NaH).

الفلزات الانتقالية واستثناءات أخرى

لا تتبع الفلزات الانتقالية قاعدة بسيطة للمجموعة. تفقد إلكترونات s الخارجية أولًا ثم قد تفقد بعض إلكترونات d أيضًا، ولذلك يكوّن كثير منها أكثر من أيون واحد. يُعرض الحديد بالشحنتين +2 و+3 والنحاس بالشحنتين +1 و+2، بينما يُعرض القصدير والرصاص، وهما فلزان ما بعد انتقاليين، بالشحنتين +2 و+4. والخارصين (+2) والفضة (+1) استثناءان مفيدان لهما شحنة شائعة واحدة. وعندما يكون للفلز أكثر من شحنة تُكتب الشحنة في الاسم برقم روماني: كلوريد الحديد(II) هو FeCl₂ وكلوريد الحديد(III) هو FeCl₃.

أما العناصر فائقة الثقل من المايتنريوم (109) إلى الأوغانيسون (118)، فلم يُصنع منها سوى بضع ذرات، لذا فشحناتها مجهولة وتظهر بشرطة. والشحنات ليست هي حالات التأكسد التي تشمل المركبات التساهمية أيضًا؛ وعرض حالات التأكسد يسردها.

مثال محلول: أكسيد الألومنيوم

الألومنيوم في المجموعة 13 ويُعرض بالشحنة +3. والأكسجين في المجموعة 16 ويُعرض بالشحنة −2. في المركب الأيوني يجب أن تلغي الشحنات الموجبة والسالبة بعضها، وأصغر عددين من الأيونات يحققان ذلك هما أيونا ألومنيوم وثلاثة أيونات أكسيد: 2 × (+3) + 3 × (−2) = 0. إذن صيغة أكسيد الألومنيوم هي Al₂O₃. وتصلح الطريقة نفسها لأي زوج من الأيونات، مثل المغنسيوم (+2) والكلور (−1) اللذين يعطيان MgCl₂.