8.3: Формування катіонів

Last updated
Save as PDF

Page ID: 19630

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Як утворюються катіони

У багатьох районах країни вода містить високі концентрації мінералів, які забруднюють одяг, накопичують відкладення у ваннях та водонагрівачах та створюють проблеми з правильним піноутворенням мила. Ця проблема викликана «жорсткою водою». Вода містить надмірну кількість катіонів, таких як залізо і кальцій. Ці іони створюють масу проблем у воді. Іонообмінні смоли можуть видаляти ці мінерали і очищати воду.

Формування катіонів

Катіони - це позитивні іони, утворені втратою одного або декількох електронів. Найбільш часто утворюються катіони представницьких елементів - це ті, які передбачають втрату всіх валентних електронів. Розглянемо лужний метал натрій\(\left( \ce{Na} \right)\). Він має один валентний електрон на третьому головному енергетичному рівні. Втративши цей електрон, іон натрію тепер має октет електронів з другого основного енергетичного рівня. Рівняння нижче ілюструє цей процес.

\[\begin{array}{lcl} \ce{Na} & \rightarrow & \ce{Na^+} + \ce{e^-} \\ 1s^2 \: 2s^2 \: 2p^6 \: 3s^1 & & 1s^2 \: 2s^2 \: 2p^6 \: \text{(octet)} \end{array}\nonumber \]

Електронна конфігурація іона натрію тепер така ж, як у неону благородного газу. Термін ізоелектронний відноситься до атома і іона різного атома (або двох різних іонів), які мають однакову електронну конфігурацію. Іон натрію ізоелектронний з атомом неону. Розглянемо аналогічний процес з магнієм і з алюмінієм:

\[\begin{array}{lcl} \ce{Mg} & \rightarrow & \ce{Mg^{2+}} + 2 \ce{e^-} \\ 1s^2 \: 2s^2 \: 2p^6 \: 3s^2 & & 1s^2 \: 2s^2 \: 2p^6 \: \text{(octet)} \end{array}\nonumber \]

\[\begin{array}{lcl} \ce{Al} & \rightarrow & \ce{Al^{3+}} + 3 \ce{e^-} \\ 1s^2 \: 2s^2 \: 2p^6 \: 3s^2 \: 3p^1 & & 1s^2 \: 2s^2 \: 2p^6 \: \text{(octet)} \end{array}\nonumber \]

При цьому атом магнію втрачає два валентних електрона, щоб досягти однакової конфігурації благородного газу. Атом алюмінію втрачає три валентних електрона. \(\ce{Mg^{2+}}\)Іон,\(\ce{Al^{3+}}\) іон,\(\ce{Na^+}\) іон і\(ce{Ne}\) атом - все ізоелектронні. Для представницьких елементів при типових умовах три електрона - це максимальне число, яке буде втрачено.

Ми також можемо показати втрати валентного електрона (ів) за допомогою електронної точкової діаграми:

\[\begin{align*} \ce{Na} \cdot &\rightarrow \ce{Na^+} + \ce{e^-} \\ \cdot \ce{Mg} \cdot &\rightarrow \ce{Mg^{2+}} + 2 \ce{e^-} \end{align*}\nonumber \]

Резюме

Катіони утворюються, коли атом втрачає один або кілька електронів.
Отриманий катіон має електронну конфігурацію атома благородного газу в рядку над ним у таблиці Менделєєва.

Рецензія

Що таке катіон?
Скільки валентних електронів має атом натрію?
З яким атомом є ізоелектронний іон натрію?
Скільки електронів втрачає магній, утворюючи іон магнію?