- Jak powstaje kation?
- Formalne przesłanie i więcej linków
- Utlenianie
- Różnice z anionem
- Przykłady najczęściej występujących kationów
- Jednoatomowe
- Wieloatomowe
- Bibliografia
Kation jest chemicznym gatunkiem, który ma ładunek dodatni. Wraz z anionem tworzy dwa rodzaje istniejących jonów. Jego ładunek jest wypadkową niedoboru elektronów w atomie, co powoduje, że protony w jądrze silniej się przyciągają. Na każdy elektron, który traci neutralny atom, ładunek dodatni zwiększa się o jedną jednostkę.
Jeśli atom straci elektron, a zatem liczba protonów będzie większa niż jeden, to jego dodatni ładunek wyniesie +1; jeśli stracisz dwa elektrony, ładunek wyniesie +2 i tak dalej. Kiedy kation ma ładunek +1, mówi się, że jest monowalentny; z drugiej strony, jeśli wspomniany ładunek jest większy niż +1, mówi się, że kation jest wielowartościowy.
Jon hydroniowy, jeden z najprostszych kationów. Źródło: Gabriel Bolívar.
Zdjęcie powyżej przedstawia kation H 3 O + , zwany jonem hydroniowym. Jak widać, ledwie ma ładunek +1, w konsekwencji jest kationem jednowartościowym.
Kationy są ważnymi gatunkami, ponieważ wywierają siłę elektrostatyczną na swoje środowisko i otaczające je cząsteczki. Wykazują silną interakcję z wodą, cieczą, która nawilża je i transportuje w wilgotnych glebach, aby później dotrzeć do korzeni roślin i służyć ich funkcjom fizjologicznym.
Jak powstaje kation?
Wspomniano, że gdy atom traci elektron, jego większa liczba protonów w stosunku do elektronów wywiera siłę przyciągającą, która przekłada się na ładunek dodatni. Ale jak może nastąpić utrata elektronu? Odpowiedź zależy od przemiany zachodzącej w reakcjach chemicznych.
Należy zauważyć, że obecność dodatnio naładowanego atomu nie musi koniecznie oznaczać tworzenia się kationu. Aby można go było uznać za taki, nie może istnieć atom z ujemnym ładunkiem formalnym, który go neutralizuje. W przeciwnym razie w tym samym związku wystąpiłoby przyciąganie i odpychanie i byłoby to neutralne.
Formalne przesłanie i więcej linków
Atomy elektroujemne przyciągają do siebie elektrony ze swoich wiązań kowalencyjnych. Nawet jeśli elektrony są podzielone równo, dojdzie do punktu, w którym będą one częściowo miały mniej elektronów niż w swojej podstawowej konfiguracji; to znaczy, że jego wolne atomy nie są związane z innymi elementami.
Wtedy te elektroujemne atomy zaczną odczuwać niedobór elektronów, a wraz z nim protony ich jąder będą wywierać większą siłę przyciągania; rodzi się pozytywny ładunek formalny. Jeśli jest tylko jeden dodatni ładunek formalny, związek będzie wykazywał ogólny dodatni ładunek jonowy; w ten sposób rodzi się kation.
Wiernym tego przykładem jest atom tlenu kationu H 3 O + . Mając trzy wiązania OH, o jedno więcej niż w cząsteczce wody (HOH), doświadcza utraty elektronu ze stanu podstawowego. Obliczenia opłat formalnych pozwalają określić, kiedy to nastąpi.
Zakładając na chwilę utworzenie kolejnego wiązania OH, otrzymamy dwuwartościowy kation H 4 O 2+ . Zauważ, że dwuwartościowy ładunek na górze kationu jest zapisany w następujący sposób: liczba, po której następuje symbol „+”; w ten sam sposób postępujemy z anionami.
Utlenianie
Metale są par excellence kationami. Jednak nie wszystkie z nich mogą tworzyć wiązania kowalencyjne (lub przynajmniej czysto kowalencyjne). Zamiast tego tracą elektrony, aby ustanowić wiązania jonowe: ładunek dodatni przyciąga ładunek ujemny, utrzymywany razem przez siły fizyczne.
Dlatego metale tracą elektrony, aby przejść od M do M n + , gdzie n jest zwykle równe liczbie swojej grupy w układzie okresowym; chociaż n może przyjmować kilka wartości całkowitych, co ma miejsce zwłaszcza w przypadku metali przejściowych. Ta utrata elektronów zachodzi w rodzaju reakcji chemicznej zwanej utlenianiem.
Metale utleniają się, tracą elektron, liczba protonów w ich atomach przewyższa liczbę elektronów, przez co wykazują dodatni ładunek. Aby doszło do utleniania, musi istnieć środek utleniający, który redukuje lub pozyskuje elektrony utracone przez metale. Tlen jest najbardziej znanym utleniaczem ze wszystkich.
Różnice z anionem
Skurcz promienia atomowego w kationie. Źródło: Gabriel Bolívar.
Różnice między kationem a anionem są wymienione poniżej:
-Kation na ogół jest mniejszy niż anion. Powyższy obrazek pokazuje, jak promień atomowy Mg zmniejsza się poprzez utratę dwóch elektronów i przekształcenie się w kation Mg 2+ ; odwrotnie dzieje się z anionami: stają się one bardziej obszerne.
-Ma więcej protonów niż elektronów, podczas gdy anion ma więcej elektronów niż protonów.
- Będąc mniejszym, jego gęstość ładunku jest wyższa, a zatem ma większą moc polaryzacji; to znaczy deformuje chmury elektronów sąsiednich atomów.
-Kation porusza się w tym samym kierunku co przyłożone pole elektryczne, podczas gdy anion porusza się w kierunku przeciwnym.
Przykłady najczęściej występujących kationów
Jednoatomowe
Kationy jednoatomowe pochodzą głównie z metali (z pewnymi wyjątkami, takimi jak H + ). Z pozostałych niezwykle rzadko rozważa się kation pochodzący z pierwiastka niemetalicznego.
Okaże się, że wiele z nich jest dwu- lub wielowartościowych i że wielkości ich ładunków zgadzają się z liczbą ich grup w układzie okresowym.
-Li +
-Na +
-K +
-Rb +
-Cs +
-Fr +
-Ag +
Wszystkie mają wspólny ładunek „1+”, który jest zapisywany bez konieczności wpisywania liczby, a także pochodzą z grupy 1: metale alkaliczne. Poza tym występuje kation Ag + , jeden z najpowszechniejszych metali przejściowych.
-Be 2+
-Mg 2+
-Ca 2+
-Sr 2+
-Ba 2+
-Ra 2+
Te dwuwartościowe kationy pochodzą od odpowiednich metali należących do grupy 2: metale ziem alkalicznych.
-W wieku 3+
-Ga 3+
-W 3+
-Tl 3+
-Nh 3+
Trójwartościowe kationy grupy boru.
Do tej pory przykłady charakteryzowały się pojedynczą wartościowością lub ładunkiem. Inne kationy wykazują więcej niż jeden walencyjny lub dodatni stopień utlenienia:
-Sn 2+
-Sn 4+ (puszka)
-Co 2+
-Co 3+ (kobalt)
-Au +
-Au 3+ (złoto)
-Fe 2+
-Fe 3+ (żelazo)
A inne metale, takie jak mangan, mogą mieć jeszcze więcej wartościowości:
-Mn 2+
-Mn 3+
-Mn 4+
-Mn 7+
Im wyższy ładunek, tym mniejszy i bardziej polaryzujący kation.
Wieloatomowe
Bez wchodzenia w chemię organiczną istnieją nieorganiczne i wieloatomowe kationy, które są bardzo powszechne w życiu codziennym; Jak na przykład:
-H 3 O + (hydronium, już wspomniano).
-NH 4 + (amon).
-NO 2 + (nitronium, obecne w procesach nitrowania).
-PH 4 + (fosfoniowy).
Bibliografia
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemia. (8th ed.). CENGAGE Learning.
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (05 maja 2019). Definicja i przykłady kationów. Odzyskany z: thinkco.com
- Wyman Elizabeth. (2019). Kation: definicja i przykłady. Badanie. Odzyskany z: study.com
- Manekiny. (2019). Jony dodatnie i ujemne: kationy i aniony. Odzyskany z: dummies.com
- Wikipedia. (2019). Kation. Odzyskane z: es.wikipedia.org