Ionok képződése atomokból: kationok

Az atom kifelé elektromosan semleges.

Ion képződésekor az atom vegyértékelektron-szerkezet változik meg: elektron leszakadásával pozitív töltésű kation, elektron felvételével negatív töltésű anion képződik.

Töltéssel rendelkező atomok az egyszerű ionok, töltéssel rendelkező atomcsoportok pedig az összetett ionok. Tulajdonságaik lényegesen különböznek azon atomok tulajdonságaitól, amelyekből képződtek.

 

Kation

Pozitív elektronos töltésű részecske, benne az elektronok száma kisebb, mint a protonoké. Semleges atomból elektron leszakításával képződik, azaz elektron hiány lép fel. A természetben a külső héjukon kevés elektront tartalmazó atomokból képződhet kation. 

Például az I.A csoport elemeinek atomjairól a vegyértékelektronok eltávolításával egyszeres pozitív töltésű fémionok képződnek.

 

A képződő stabilis kation elektronszerkezete megegyezik az előző periódus végén lévő nemesgázéval:

Na: 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹ = [Ne] 3s¹ 

Na⁺: 1s² 2s² 2p⁶  = [Ne]

A II.A és a III.A csoport elemeinek atomjairól a vegyértékelektronok eltávolításával kétszeres (Mg²⁺), illetve háromszoros pozitív töltésű fémionok képződnek (Al³⁺). 

Mg = Mg²⁺ + 2e^-

Al = Al³⁺ + 3e^-

A IV.A csoport nagyobb rendszámú elemei , az ón és az ólom esetében az is stabilis állapotot eredményez, ha csak a vegyértékhéj p-alhéja szűnik meg, így az ón(IV)- és ólom(IV)-vegyületek mellett ismerünk Sn²⁺ és Pb²⁺ ionokat is. 

Sn = Sn²⁺ + 2e^- és Sn = Sn⁴⁺ + 4e^-

Pb = Pb²⁺ + 2e^- és Pb = Pb⁴⁺ + 4e^-

 

A katinok és az atomok méretviszonyai
A kationok képződésekor általában megszűnik a legkülső elektronhéj, ezért a kation sugara mindig kisebb, mint az atomé, amiből az ion képződött.Azoknál a kationoknál ahol nem szűnik elektronhéj, figyelembe kell vennünk, hogy a pozitív töltésű ionban az atoméval egyező számú proton kevesebb elektronra gyakorol vonzó hatást, így ebben az esetben is csökken a sugár az atomban mérthez képest. Ez utóbbi az oka annak is, hogy az azonos nemesgázszerkezetű katinok közül a nagyobb rendszámúnak kisebb a mérete, pl. r(Mg²⁺) < r(Na⁺)

Atomsugár: gömbnek tekintett szabad atomban a legkülső atompályák sugara.

Ionizációs energia 

Ahhoz, hogy a pozitív elektromos töltésű atommagtól eltávolítsuk a negatív töltésű elektront, energiát kell befektetni.

Kationképződéskor a kémiai reakciók során mindig a legkisebb energiával eltávolítható elektron szakad le.

Az ionizációs energia a szabad atomról a legkönnyebben eltávolítható elektron leszakítását kísérő moláris energiaváltozás. Jele E_i, mértékegysége kJ/mol. (A fenti meghatározás az első elektron leszakítására, az ún. első ionizációs energiára vonatkozik.)

 Az ionizációs energia változására a rendszám függvényében periodicitás jellemző. A periódusos rendszerben jobbra haladva egyre nő a rendszám, így nő az atommag töltése. Ezáltal nő az elektronhéjakra gyakorolt vonzó hatás, s mivel az ugyanabba a periódusba tartozó elemek atomjaiban ugyanannyi a héjak száma, az atomsugár is csökken. Ezzel egyidejűleg várhatóan egyre nehezebb leszakítani elektront az atomról, azaz elvileg nő az ionizációs energia.

A periódusos rendszerben egy csoporton belül fentről lefelé haladva nő az atomsugár, az ionizációs energia pedig csökken, mert nő az elektronhéjak száma, minden héj távolabb van az atommagtól, így csökken a vonzóerő.

Az ionizációs energia változása a rendszám függvényében

 

Második ionizációs energia a második elektron eltávolításához szükséges energia. Jele E_i2, mértékegysége kJ/mol. Mindig nagyobb, mint az első ionizációs energia.

Összefoglaló táblázat a periódusos rendszerben periodicitást mutató értékekre

	periódusban jobbról balra	csoportban fentről lefelé
Atom mérete, atomsugár	csökken	nő
Elektronegativitás (EN)	nő	csökken
Elektronaffinitás (Ea)	csökken	nő
Második ionizációs energia (Ei2)	nő	csökken

forrás: sulinet