Co jsou ionty a jak předpovědět jejich náboj?

Atomy jsou neutrální, ionty nejsou

Atom má v jádře kladně nabité protony a kolem něj záporně nabité elektrony. V neutrálním atomu jsou jejich počty stejné, takže se náboje vyruší. Atom sodíku má 11 protonů a 11 elektronů, takže jeho celkový náboj je nulový.

Při chemické reakci se jádro nemění, ale elektrony mohou přecházet z jednoho atomu na druhý. Pokud atom skončí s jiným počtem elektronů než protonů, má celkový náboj a nazývá se ion. Náboj zjistíš jedním odečtením: náboj = protony − elektrony.

Kationty a anionty

Když atom elektrony odevzdá, má více protonů než elektronů, takže jeho náboj je kladný. Kladný ion se nazývá kation. Sodík odevzdá 1 elektron: 11 protonů − 10 elektronů = +1, takže ion je Na⁺. Hořčík odevzdá 2 elektrony: 12 protonů − 10 elektronů = +2, píše se Mg²⁺.

Když atom elektrony přijme, má více elektronů než protonů, takže jeho náboj je záporný. Záporný ion se nazývá anion. Chlor přijme 1 elektron: 17 protonů − 18 elektronů = −1, takže ion je Cl⁻. Kyslík přijme 2 elektrony: 8 protonů − 10 elektronů = −2, píše se O²⁻.

Náboj se zapisuje tak, že nejdřív je číslo a potom znaménko, jako horní index: Mg²⁺, nikoli Mg⁺². Pokud je náboj 1, číslo se vynechá, jako u Na⁺ a Cl⁻.

Proč atomy elektrony přijímají nebo odevzdávají

Atomy jsou nejstabilnější s plnou vnější slupkou, jako vzácné plyny. Elektrony sodíku jsou uspořádány 2, 8, 1. Odevzdáním jediného vnějšího elektronu zůstane 2, 8, tedy stejné uspořádání jako u neonu. Přijetí 7 elektronů by naopak vyžadovalo mnohem více energie, takže sodík odevzdává 1.

Chlor je uspořádán 2, 8, 7. Přijetím jediného elektronu získá 2, 8, 8, stejně jako argon. Obecně mají kovy jen málo vnějších elektronů a mají sklon je odevzdávat a tvořit kationty, zatímco nekovy mají mnoho vnějších elektronů a mají sklon další přijímat a tvořit anionty.

Předpovídání nábojů podle skupiny

U prvků hlavních skupin ti obvyklý náboj prozradí periodická tabulka. Kovy 1. skupiny tvoří ionty +1 (Li⁺, Na⁺, K⁺), kovy 2. skupiny ionty +2 (Mg²⁺, Ca²⁺) a hliník ve 13. skupině tvoří Al³⁺.

Na pravé straně spočítej, kolik elektronů každý atom potřebuje, aby dosáhl 8. Prvky 15. skupiny mají 5 vnějších elektronů a potřebují další 3, takže tvoří ionty −3 (N³⁻). Prvky 16. skupiny potřebují další 2 a tvoří ionty −2 (O²⁻, S²⁻) a prvky 17. skupiny potřebují další 1 a tvoří ionty −1 (F⁻, Cl⁻, Br⁻). Vzácné plyny už mají plnou slupku, takže jejich náboj je 0. Uhlík a křemík ve 14. skupině obvykle elektrony sdílejí, místo aby tvořily jednoduché ionty.

Mnoho přechodných kovů může tvořit více než jeden ion. Železo tvoří Fe²⁺ a Fe³⁺ a měď tvoří Cu⁺ a Cu²⁺. V jejich názvech se náboj vyjadřuje římskou číslicí: železnatý (II) znamená Fe²⁺ a železitý (III) znamená Fe³⁺.

Pojmenování iontů a jejich spojování

Kation si zachovává název prvku: Na⁺ je sodný kation a Ca²⁺ je vápenatý kation. Jednoatomový anion mění koncovku na -id: chlor se stává chloridem (Cl⁻), kyslík oxidem (O²⁻), síra sulfidem (S²⁻) a dusík nitridem (N³⁻).

Ve sloučenině se kladné a záporné náboje musí sčítat na nulu. Na⁺ a Cl⁻ se vyrovnávají v poměru jedna ku jedné, což dává NaCl, kuchyňskou sůl. Chlorid vápenatý potřebuje na každý Ca²⁺ dva ionty Cl⁻, takže jeho vzorec je CaCl₂. Oxid hlinitý potřebuje dva ionty Al³⁺ (celkem +6) a tři ionty O²⁻ (celkem −6), takže je to Al₂O₃.