Układ okresowy z ładunkami

Czym jest ładunek jonu?

Atom jest obojętny, ponieważ ma jednakową liczbę protonów i elektronów. Gdy traci elektrony, staje się jonem dodatnim (kationem), a gdy je przyjmuje, staje się jonem ujemnym (anionem). Ładunek to liczba oddanych lub przyjętych elektronów: atom sodu, który traci jeden elektron, staje się Na⁺ o ładunku +1, a atom chloru, który przyjmuje jeden, staje się Cl⁻ o ładunku −1.

Atomy zwykle oddają lub przyjmują akurat tyle elektronów, by osiągnąć taki sam układ elektronów jak najbliższy gaz szlachetny. Ta pełna powłoka zewnętrzna jest szczególnie trwała, dlatego ładunki tak ściśle odpowiadają numerowi grupy.

Jak znaleźć ładunek na podstawie grupy

Dla pierwiastków grup głównych ładunek wynika z grupy. Metale grupy 1 tworzą jony +1, metale grupy 2 tworzą jony +2, a glin z grupy 13 tworzy +3. Po prawej stronie tabeli wzorzec odwraca się dla niemetali i półmetali: te z grupy 15 przyjmują −3, te z grupy 16 przyjmują −2, a fluorowce z grupy 17 przyjmują −1, ponieważ przyjęcie trzech, dwóch lub jednego elektronu uzupełnia ich powłokę zewnętrzną. Metale położone niżej w tych grupach, takie jak bizmut (+3, +5), tworzą natomiast jony dodatnie. Grupa 18 jest pokazana jako 0, ponieważ gazy szlachetne mają już pełną powłokę.

Węgiel, krzem i german z grupy 14 są pokazane jako ±4, a bor jako +3, czyli ładunki wynikające z ich grupy. W praktyce te pierwiastki, podobnie jak wiele niemetali, zwykle uwspólniają elektrony w wiązaniach kowalencyjnych zamiast tworzyć proste jony. Wodór jest pokazany z dwoma ładunkami: +1, jak w kwasach, oraz −1 w wodorkach metali, takich jak wodorek sodu (NaH).

Metale przejściowe i inne wyjątki

Metale przejściowe nie podlegają prostej regule grupowej. Tracą najpierw zewnętrzne elektrony s, a potem mogą stracić też część elektronów d, więc wiele z nich tworzy więcej niż jeden jon. Żelazo jest pokazane jako +2, +3, a miedź jako +1, +2, natomiast cyna i ołów, dwa metale pozaprzejściowe, jako +2, +4. Cynk (+2) i srebro (+1) to przydatne wyjątki z jednym typowym ładunkiem. Gdy metal ma więcej niż jeden ładunek, ładunek podaje się w nazwie cyfrą rzymską: chlorek żelaza(II) to FeCl₂, a chlorek żelaza(III) to FeCl₃.

Dla pierwiastków superciężkich od meitnerium (109) do oganesonu (118) otrzymano tylko kilka atomów, więc ich ładunki są nieznane i pojawiają się jako kreska. Ładunki to nie to samo co stopnie utlenienia, które obejmują także związki kowalencyjne; wykaz stopni utlenienia je podaje.

Przykład krok po kroku: tlenek glinu

Glin znajduje się w grupie 13 i jest pokazany jako +3. Tlen znajduje się w grupie 16 i jest pokazany jako −2. W związku jonowym ładunki dodatnie i ujemne muszą się znosić, a najmniejsze liczby jonów, które to zapewniają, to dwa jony glinu i trzy jony tlenkowe: 2 × (+3) + 3 × (−2) = 0. Wzór tlenku glinu to więc Al₂O₃. Ta sama metoda działa dla dowolnej pary jonów, na przykład magnezu (+2) i chloru (−1), które dają MgCl₂.