Vad är joner, och hur förutsäger du deras laddning?

Atomer är neutrala, joner är det inte

En atom har positivt laddade protoner i sin atomkärna och negativt laddade elektroner runt den. I en neutral atom är antalen lika, så laddningarna tar ut varandra. En natriumatom har 11 protoner och 11 elektroner, så dess totala laddning är noll.

I en kemisk reaktion ändras inte atomkärnan, men elektroner kan flytta från en atom till en annan. Om en atom får ett annat antal elektroner än protoner har den en total laddning och kallas jon. Du hittar laddningen med en enda subtraktion: laddning = protoner − elektroner.

Katjoner och anjoner

När en atom avger elektroner har den fler protoner än elektroner, så dess laddning är positiv. En positiv jon kallas katjon. Natrium avger 1 elektron: 11 protoner − 10 elektroner = +1, så jonen är Na⁺. Magnesium avger 2 elektroner: 12 protoner − 10 elektroner = +2, skrivs Mg²⁺.

När en atom tar upp elektroner har den fler elektroner än protoner, så dess laddning är negativ. En negativ jon kallas anjon. Klor tar upp 1 elektron: 17 protoner − 18 elektroner = −1, så jonen är Cl⁻. Syre tar upp 2 elektroner: 8 protoner − 10 elektroner = −2, skrivs O²⁻.

För att skriva en laddning sätter du siffran först och tecknet sist, som upphöjd text: Mg²⁺, inte Mg⁺². Om laddningen är 1 utelämnar du siffran, som i Na⁺ och Cl⁻.

Varför atomer tar upp eller avger elektroner

Atomer är som mest stabila med ett fullt yttre skal, som ädelgaserna. Natriums elektroner är fördelade 2, 8, 1. Om det avger sin enda yttre elektron blir det 2, 8, samma fördelning som neon. Att i stället ta upp 7 elektroner skulle kräva mycket mer energi, så natrium avger 1.

Klor är fördelat 2, 8, 7. Om det tar upp bara 1 elektron får det 2, 8, 8, samma som argon. I allmänhet har metaller bara några få yttre elektroner och tenderar att avge dem och bilda katjoner, medan icke-metaller har många yttre elektroner och tenderar att ta upp fler och bilda anjoner.

Att förutsäga laddningar utifrån gruppen

För huvudgruppsgrundämnen visar periodiska systemet den vanliga laddningen. Metaller i grupp 1 bildar +1-joner (Li⁺, Na⁺, K⁺), metaller i grupp 2 bildar +2-joner (Mg²⁺, Ca²⁺) och aluminium, i grupp 13, bildar Al³⁺.

På högra sidan räknar du hur många elektroner varje atom behöver för att nå 8. Grundämnen i grupp 15 har 5 yttre elektroner och behöver 3 till, så de bildar −3-joner (N³⁻). Grundämnen i grupp 16 behöver 2 till och bildar −2-joner (O²⁻, S²⁻), och grundämnen i grupp 17 behöver 1 till och bildar −1-joner (F⁻, Cl⁻, Br⁻). Ädelgaser har redan ett fullt skal, så deras laddning är 0. Kol och kisel i grupp 14 delar vanligtvis elektroner i stället för att bilda enkla joner.

Många övergångsmetaller kan bilda mer än en jon. Järn bildar Fe²⁺ och Fe³⁺, och koppar bildar Cu⁺ och Cu²⁺. Deras namn använder en romersk siffra för att visa laddningen: järn(II) betyder Fe²⁺ och järn(III) betyder Fe³⁺.

Att namnge joner och kombinera dem

En katjon behåller sitt grundämnes namn: Na⁺ är natriumjonen och Ca²⁺ är kalciumjonen. En anjon av en enda atom byter ändelse till -id: klor blir klorid (Cl⁻), syre blir oxid (O²⁻), svavel blir sulfid (S²⁻) och kväve blir nitrid (N³⁻).

I en förening måste de positiva och negativa laddningarna summera till noll. Na⁺ och Cl⁻ balanserar en mot en, vilket ger NaCl, bordssalt. Kalciumklorid behöver två Cl⁻-joner för varje Ca²⁺, så dess formel är CaCl₂. Aluminiumoxid behöver två Al³⁺-joner (+6 totalt) och tre O²⁻-joner (−6 totalt), så den är Al₂O₃.