מהם יונים, ואיך מנבאים את המטען שלהם?

אטומים נייטרליים, יונים לא

באטום יש פרוטונים בעלי מטען חיובי בגרעין ואלקטרונים בעלי מטען שלילי סביבו. באטום נייטרלי המספרים שווים, ולכן המטענים מבטלים זה את זה. באטום נתרן יש 11 פרוטונים ו-11 אלקטרונים, ולכן המטען הכולל שלו הוא אפס.

בתגובה כימית, הגרעין אינו משתנה, אבל אלקטרונים יכולים לעבור מאטום אחד לאחר. אם לאטום יש בסופו של דבר מספר אלקטרונים שונה ממספר הפרוטונים, יש לו מטען כולל והוא נקרא יון. אפשר למצוא את המטען בחיסור אחד: מטען = פרוטונים − אלקטרונים.

קטיונים ואניונים

כשאטום מאבד אלקטרונים, יש בו יותר פרוטונים מאלקטרונים, ולכן המטען שלו חיובי. יון חיובי נקרא קטיון. נתרן מאבד אלקטרון 1: 11 פרוטונים − 10 אלקטרונים = +1, ולכן היון הוא Na⁺. מגנזיום מאבד 2 אלקטרונים: 12 פרוטונים − 10 אלקטרונים = +2, ונכתב Mg²⁺.

כשאטום מקבל אלקטרונים, יש בו יותר אלקטרונים מפרוטונים, ולכן המטען שלו שלילי. יון שלילי נקרא אניון. כלור מקבל אלקטרון 1: 17 פרוטונים − 18 אלקטרונים = −1, ולכן היון הוא Cl⁻. חמצן מקבל 2 אלקטרונים: 8 פרוטונים − 10 אלקטרונים = −2, ונכתב O²⁻.

כדי לכתוב מטען, מציבים קודם את המספר ואחריו את הסימן, ככתב עילי: Mg²⁺, לא Mg⁺². אם המטען הוא 1, משמיטים את המספר, כמו ב-Na⁺ וב-Cl⁻.

מדוע אטומים מקבלים או מאבדים אלקטרונים

אטומים יציבים ביותר עם קליפה חיצונית מלאה, כמו הגזים האצילים. אלקטרוני הנתרן מסודרים 2, 8, 1. אובדן האלקטרון החיצוני היחיד משאיר 2, 8, אותו סידור כמו ניאון. קבלת 7 אלקטרונים במקום זאת הייתה דורשת הרבה יותר אנרגיה, ולכן נתרן מאבד 1.

הסידור של כלור הוא 2, 8, 7. קבלת אלקטרון 1 בלבד נותנת לו 2, 8, 8, כמו ארגון. באופן כללי, למתכות יש רק מעט אלקטרונים חיצוניים והן נוטות לאבד אותם ויוצרות קטיונים, ואילו לאל-מתכות יש הרבה אלקטרונים חיצוניים והן נוטות לקבל עוד ויוצרות אניונים.

ניבוי מטענים לפי הקבוצה

ביסודות הקבוצות הראשיות, הטבלה המחזורית מגלה לכם את המטען הרגיל. מתכות קבוצה 1 יוצרות יונים של +1 (Li⁺, Na⁺, K⁺), מתכות קבוצה 2 יוצרות יונים של +2 (Mg²⁺, Ca²⁺) ואלומיניום, בקבוצה 13, יוצר Al³⁺.

בצד הימני, ספרו כמה אלקטרונים כל אטום צריך כדי להגיע ל-8. ליסודות קבוצה 15 יש 5 אלקטרונים חיצוניים והם צריכים עוד 3, ולכן הם יוצרים יונים של −3 (N³⁻). יסודות קבוצה 16 צריכים עוד 2 ויוצרים יונים של −2 (O²⁻, S²⁻), ויסודות קבוצה 17 צריכים עוד 1 ויוצרים יונים של −1 (F⁻, Cl⁻, Br⁻). לגזים האצילים כבר יש קליפה מלאה, ולכן המטען שלהם הוא 0. פחמן וסיליקון בקבוצה 14 חולקים בדרך כלל אלקטרונים במקום ליצור יונים פשוטים.

מתכות מעבר רבות יכולות ליצור יותר מיון אחד. ברזל יוצר Fe²⁺ ו-Fe³⁺, ונחושת יוצרת Cu⁺ ו-Cu²⁺. בשמותיהם משתמשים במספר רומי כדי להראות את המטען: ברזל(II) פירושו Fe²⁺ וברזל(III) פירושו Fe³⁺.

מתן שמות ליונים וצירופם

קטיון שומר על שם היסוד שלו: Na⁺ הוא יון נתרן ו-Ca²⁺ הוא יון סידן. אניון חד-אטומי משנה את סיומתו ל-יד (-ide): כלור הופך לכלוריד (Cl⁻), חמצן הופך לאוקסיד (O²⁻), גופרית הופכת לסולפיד (S²⁻) וחנקן הופך לניטריד (N³⁻).

בתרכובת, המטענים החיוביים והשליליים חייבים להסתכם באפס. Na⁺ ו-Cl⁻ מאזנים זה את זה אחד לאחד, ויוצרים NaCl, מלח שולחן. סידן כלורי זקוק לשני יוני Cl⁻ על כל Ca²⁺, ולכן הנוסחה שלו היא CaCl₂. אלומיניום חמצני זקוק לשני יוני Al³⁺ (+6 בסך הכול) ולשלושה יוני O²⁻ (−6 בסך הכול), ולכן הוא Al₂O₃.