Периодическая таблица с зарядами

Что такое заряд иона?

Атом нейтрален, потому что число протонов в нём равно числу электронов. Когда он теряет электроны, он становится положительным ионом (катионом), а когда принимает электроны — отрицательным ионом (анионом). Заряд равен числу потерянных или принятых электронов: атом натрия, потерявший один электрон, становится Na⁺ с зарядом +1, а атом хлора, принявший один, становится Cl⁻ с зарядом −1.

Атомы обычно теряют или принимают ровно столько электронов, чтобы получить такую же электронную конфигурацию, как у ближайшего благородного газа. Эта полная внешняя оболочка особенно устойчива, поэтому заряды так точно следуют номеру группы.

Как найти заряд по группе

Для элементов главных подгрупп заряд определяется группой. Металлы группы 1 образуют ионы +1, металлы группы 2 — ионы +2, а алюминий в группе 13 — +3. В правой части таблицы закономерность для неметаллов и металлоидов меняется на обратную: элементы группы 15 принимают −3, группы 16 — −2, а галогены группы 17 — −1, потому что принятие трёх, двух или одного электрона завершает их внешнюю оболочку. Металлы, расположенные ниже в этих группах, например висмут (+3, +5), образуют положительные ионы. Группа 18 показана как 0, поскольку у благородных газов оболочка уже заполнена.

Углерод, кремний и германий в группе 14 показаны как ±4, а бор как +3 — это заряды, следующие из их группы. На практике эти элементы, как и многие неметаллы, обычно обобществляют электроны в ковалентных связях, а не образуют простые ионы. У водорода показаны два заряда: +1, как в кислотах, и −1 в гидридах металлов, таких как гидрид натрия (NaH).

Переходные металлы и другие исключения

Переходные металлы не подчиняются простому правилу группы. Сначала они теряют внешние s-электроны, а затем могут потерять и часть d-электронов, поэтому многие из них образуют не один ион. Железо показано как +2, +3, а медь как +1, +2, тогда как олово и свинец, два постпереходных металла, показаны как +2, +4. Цинк (+2) и серебро (+1) — полезные исключения с единственным типичным зарядом. Если у металла больше одного заряда, его указывают в названии римской цифрой: хлорид железа(II) — FeCl₂, а хлорид железа(III) — FeCl₃.

Для сверхтяжёлых элементов от мейтнерия (109) до оганесона (118) получены лишь единичные атомы, поэтому их заряды неизвестны и обозначены прочерком. Заряды — не то же самое, что степени окисления, которые охватывают и ковалентные соединения; их перечисляет представление со степенями окисления.

Разбор примера: оксид алюминия

Алюминий находится в группе 13 и показан как +3. Кислород находится в группе 16 и показан как −2. В ионном соединении положительные и отрицательные заряды должны компенсировать друг друга, и наименьшее число ионов, при котором это происходит, — два иона алюминия и три оксид-иона: 2 × (+3) + 3 × (−2) = 0. Поэтому формула оксида алюминия — Al₂O₃. Тот же метод работает для любой пары ионов, например магния (+2) и хлора (−1), которые дают MgCl₂.