Atomy i jony są mikroskopijnymi cząsteczkami składającymi się z jądra i elektronów krążących wokół niego. Główną, ale nie jedyną, różnicą między tymi cząsteczkami jest to, że jon przenosi pewien ładunek, ale atom nie.
Ogólne informacje o atomach i jonach
Atom jest najmniejszą cząsteczką substancji, która ma wszystkie swoje właściwości. Promień atomu jest mierzony w pikometrach (metrach). Atom jest elektrycznie obojętnym, to znaczy strukturą bez ładunku, składającą się z jądra i wirujących wokół niego elektronów. Jądro atomu składa się z protonów i neutronów, które są również nazywane cząsteczkami subatomowymi. Proton przenosi ładunek dodatni, moduł równy ładunkowi elektronu. Neutrony nie mają ładunku. Liczba elektronów w atomie odpowiada liczbie protonów w jądrze, co sprawia, że atom jako całość jest elektrycznie obojętny.
Atom
Jon jest cząstką nie elementarną, która przenosi ładunek dodatni lub ujemny. Jon otrzymuje się w procesie oderwania lub przyłączenia elektronu do atomu lub grupy atomów. Jon o ładunku ujemnym (atom z nadmiarem elektronów) nazywa się anionem, a jon o ładunku dodatnim (atom z brakiem elektronów) nazywa się kationem.
Jonasz
Jak powstają jony
Jon powstaje z atomu w procesie zwanym jonizacja. Kation powstaje, gdy elektron w atomie otrzymuje energię jonizacji, co daje mu możliwość pokonania potencjalnej bariery i odsuwa się od atomu, pokonując siły przyciągania elektrostatycznego. Proces tworzenia anionów zachodzi wraz z uwolnieniem energii, gdy atom otrzymuje dodatkowy elektron.
Jonizacja może wystąpić z powodu wzrostu temperatury, ekspozycji na pole elektryczne, promieniowanie rentgenowskie lub oświetlenie.
Jonizacja gazu
Niektóre atomy nie tworzą jonów ujemnych. Na przykład gazy obojętne z powodu w pełni ukończonego zewnętrznego poziomu elektronicznego nie mogą dołączyć innego elektronu. Gazy obojętne nie reagują z innymi substancjami w normalnych warunkach. Energia jonizacji gazów obojętnych jest bardzo wysoka w porównaniu z atomami innych pierwiastków chemicznych - od 10,8 eV dla radonu do 24,6 eV dla helu. Energia jonizacji jest tak ważna, że tworzenie jonów gazu obojętnego komplikuje się.Wszystkie metale alkaliczne (rub, sód, potas, lit, cez, Francja) są dobrymi środkami redukującymi, to znaczy, że łatwo oddają elektrony innym atomom, zamieniając się w dodatnio naładowane jony. Dzieje się tak z powodu niskiej energii jonizacji - do 5 eV. Francja jest najsilniejszym czynnikiem redukującym. Atomy tego pierwiastka wydzielają elektrony łatwiej niż inne ze względu na bardzo niską energię jonizacji. Metale alkaliczne mają tylko jeden elektron walencyjny i łatwiej jest oddać niż dołączyć siedem elektronów, aby ukończyć poziom energii. Metale alkaliczne mogą przekształcić się w dodatnio naładowane jony po prostu pod wpływem światła.
Wodór ma podobną właściwość. Jego atom ma pojedynczy elektron i łatwo go oddaje, tworząc kation.
Fluorowce - fluor, brom, jod, chlor i astatyna (pierwiastki znajdujące się w głównej podgrupie 7. grupy układu okresowego) mają wysoką elektroujemność - właściwość do przenoszenia wspólnych par elektronów w związku. Z łatwością tworzą aniony, ponieważ mają już 7 elektronów na poziomie zewnętrznym i brakuje tylko jednego, aby ukończyć poziom. Brom, chlor, jod i astatyna mogą tworzyć jony zarówno ujemne, jak i dodatnie w kontakcie z bardziej elektroujemnymi pierwiastkami. Fluor nigdy nie tworzy jonów dodatnich, ponieważ jest pierwiastkiem o najwyższej elektroujemności i ma wysoką energię jonizacji.
Co łączy atom i jon?
Atom i jon tego samego pierwiastka mają taką samą liczbę protonów i neutronów w jądrze.
Jon jest oznaczony tym samym symbolem co odpowiedni pierwiastek chemiczny w układzie okresowym, tylko wartość ładunku jest wskazana po prawej stronie.
Różnice między atomem a jonem
Główną różnicą między atomem a jonem jest to, że jon jest naładowaną cząstką, a atom nie jest naładowany.
Ponadto atom i jon tego samego pierwiastka różnią się masą ze względu na różnicę w liczbie elektronów. Kation ma mniejszą masę niż atom tego samego pierwiastka, a anion odpowiednio jest większy. Różnica między masą atomu a masą jonu jest wielokrotnością masy elektronu.
Jony, w przeciwieństwie do atomów, nie mają właściwości prostej substancji. Przykładem tego są kryształy jodu, które mają ciemnoniebieski kolor, w stanie gazowym jest purpurowy, a jego jony są bezbarwne. Jony jodu nie dają reakcji barwnej ze skrobią i nie są toksyczne, w przeciwieństwie do kryształów.
Podobny przykład - miedź. Ten metal ma złoty czerwony kolor, a jego jony są zielono-niebieskie..
Potas - srebrny metal, którego atomy aktywnie reagują z wodą, podczas gdy jony tej substancji nie mają tej właściwości. Ta sama różnica jest charakterystyczna dla właściwości atomów i jonów sodu.
Kation wodoru w reakcji z amoniakiem tworzy jon amonowy. Dla cząsteczki wodoru taka reakcja nie jest charakterystyczna.
W przeciwieństwie do jonów atomy same nie występują w naturze. Wyjątkiem są tylko gazy obojętne, które reagują z innymi pierwiastkami tylko w ekstremalnych warunkach. Jeśli jon powstaje z kilku atomów, różni się znacznie od atomu wielkością i strukturą. W przeciwieństwie do atomu jon nie należy do cząstek elementarnych.Jony mają pełny poziom energii zewnętrznej - jest na nich 8 elektronów. Żadne atomy inne niż gazy obojętne nie posiadają tej właściwości..
