De meeste atomen en moleculen die we tegenkomen zijn elektrisch neutraal, maar ionen spelen een belangrijke rol in de natuur. Deze geladen atomen kunnen positief geladen kationen of negatief geladen anionen zijn. Kationen en anionen worden op verschillende manieren gevormd. Voor kationen laat het verlies van een elektron hen een netto positieve lading achter, terwijl voor anionen de toevoeging van een elektron hen een netto negatieve lading geeft. Door de processen hierachter te begrijpen, inclusief de ionisatie-energie en elektronenaffiniteit van verschillende atomen, kun je zien waarom bepaalde atomen gemakkelijker ionen worden dan andere en waardoor dit gebeurt.

TL; DR (Te lang; Didn niet gelezen)

Kationen zijn positief geladen ionen die worden gevormd wanneer een atoom een elektron verliest door ionisatie. De hoeveelheid energie die hiervoor nodig is, wordt de ionisatie-energie genoemd.

Anionen zijn negatief geladen ionen die worden gevormd wanneer een atoom een elektron krijgt. De energie in dit proces wordt de elektronaffiniteit genoemd.
Wat is een ion?

Atomen hebben drie hoofdcomponenten: protonen, elektronen en neutronen. Neutronen zijn elektrisch neutraal, en hoewel ze een belangrijke rol spelen in de kernfysica, zijn ze niet relevant voor de vorming van ionen omdat ze geen invloed hebben op de lading van het atoom waarin ze zich bevinden. Protonen zijn positief geladen en ze bezetten de centrale kern van het atoom samen met de neutronen. Elektronen zijn het negatief geladen deel van het atoom en ze bezetten een "wolk" rond de buitenkant van de kern. Elektronen en protonen hebben gelijke maar tegengestelde ladingen, en in de natuurlijke vormen van elementen zijn er gelijke aantallen van elk in een atoom Dit betekent dat elementen elektrisch neutraal zijn omdat de ladingen van de protonen en elektronen elkaar opheffen.

Een ion is een geladen atoom. Als een atoom een elektron krijgt, weegt de negatieve lading op tegen de positieve lading, en de hele atoom krijgt een negatieve lading. Deze ionen worden anionen genoemd. Als het atoom een elektron verliest, is er meer positieve lading dan negatieve lading en wordt het atoom als geheel een positief geladen ion. Dit wordt een kation genoemd. > Hoe worden kationen gevormd?

Kationen worden gevormd wanneer een neutraal atoom een elektron verliest. Metalen zijn gevoelig voor het verliezen van elektronen als gevolg van de plaatsing van elektronen rond de kern. Elektronen bezetten verschillende orbitalen rond de kern en de seconde en worden gegroepeerd in verschillende energieniveaus. Een elektron in een orbitaal met een hoog energieniveau bevindt zich verder weg van de kern. Atomen met een volledig buitenste energieniveau zijn stabiel, maar als er een klein aantal elektronen in het buitenste energieniveau is, zijn ze gevoelig voor het verliezen van elektronen. De elektronen in de volledige energieniveaus "schermen" een groot deel van de positieve lading van de kern af. Als gevolg hiervan zijn de buitenste elektronen slechts zwak gebonden aan de kern.

Kationen worden gevormd door het ionisatieproces wanneer voldoende energie aan het elektron wordt gegeven (bijvoorbeeld door licht met voldoende energie) om strip het weg van de aantrekkingskracht van de kern. De energie die hiervoor nodig is, wordt de ionisatie-energie genoemd. De eerste ionisatie-energie vertelt je hoeveel energie je nodig hebt om één elektron te verwijderen; de tweede ionisatie-energie vertelt u hoeveel nodig is om de tweede te verwijderen, enzovoort.

U kunt de lading van het resulterende ion berekenen op basis van de groep van het periodiek systeem waarin het element zich bevindt. Voor natrium bevindt zich bijvoorbeeld in groep 1 en vormt een kation met een +1 lading. Magnesium bevindt zich in groep 2 en vormt een kation met een +2 lading na het verliezen van twee elektronen aan ionisatie. Aluminium bevindt zich in groep 3 en vormt een +3 kation. Groep 4-elementen vormen geen ionen, en elementen uit de hogere groep vormen in plaats daarvan anionen.
Hoe vormen anionen?

anionen vormen het tegenovergestelde proces van kationen. In plaats van een elektron te verliezen, kunnen niet-metalen atomen een elektron winnen. Dit komt omdat hun uiterlijke energieniveau bijna vol is. De term elektronenaffiniteit beschrijft de neiging van neutrale atomen om elektronen te winnen. Net als ionisatie-energie heeft het eenheden energie, maar in tegenstelling tot ionisatie-energie heeft het een negatieve waarde omdat energie wordt vrijgegeven wanneer elektronen worden toegevoegd, terwijl het wordt geabsorbeerd wanneer elektronen worden verwijderd.

In het algemeen zijn elementen in hogere groepen (die verder naar rechts op het periodiek systeem) hebben hogere elektronaffiniteiten, en elementen in een hogere rij van hun groepen (verder naar de bovenkant van het periodiek systeem) hebben hogere elektronaffiniteiten. De afname in elektronenaffiniteit terwijl je naar beneden beweegt in een bepaalde kolom is gerelateerd aan de grotere afstand tussen de buitenste schalen en de kern, evenals de afscherming van de andere elektronen in lagere energieniveaus. De toename van affiniteit als je van links naar rechts beweegt, is omdat de energieniveaus dichter bij het volledig bezetten komen.

Wat betreft kationen, de groep van het element vertelt je welke lading het overeenkomstige anion zal zijn. De resulterende lading is het groepsnummer min acht. Chloor vormt in groep 7 een anion met een −1 lading en zuurstof in groep 6 vormt een kation met een −2 lading.