Ładunki jonów w układzie okresowym pierwiastków

Wiele atomów potrafi uwalniać elektrony, dzięki czemu stają się jonami naładowanymi dodatnio. Inne potrafią przyjmować elektrony, przez co stają się jonami naładowanymi ujemnie. Jony dodatnie i ujemne posiadają zdolność tworzenia związków jonowych. W związku jonowym znajduje się tyle samo ładunków dodatnich, co ujemnych. Jeśli chcemy dowiedzieć się, ile potrzeba jonów każdego rodzaju, musimy znać ładunek każdego jonu.

Ale skąd mamy wiedzieć, jaki ładunek ma dany jon? Można oczywiście nauczyć się ładunków wszystkich jonów na pamięć, ale w przypadku niektórych pierwiastków istnieje łatwiejszy sposób. Widzieliście to już kiedyś? To tabela, w której zawarte są wszystkie pierwiastki: układ okresowy pierwiastków. Przeanalizujmy jeden rząd układu okresowego i sprawdźmy, jaki ładunek uzyskuje atom, gdy staje się jonem.

W ostatniej kolumnie po lewej jest sód. Atom sodu na swojej zewnętrznej powłoce ma jeden elektron: elektron walencyjny. W jaki sposób atom staje się jonem? Oddając swój jedyny elektron walencyjny! Ładunek jonu wynosi wtedy plus jeden. Tuż obok sodu, w drugiej kolumnie, mamy magnez.

Ten atom ma dwa elektrony na swojej zewnętrznej powłoce. To oznacza, że atomy magnezu, tracąc swoje elektrony walencyjne, tworzą jony o ładunku plus dwa. Można zaobserwować tu pewien wzorzec. Kolejny pierwiastek jest tutaj. To glin, który ma trzy elektrony walencyjne. Ładunek tego jonu to plus trzy.

Przesuwając się o jeden krok w prawo, zauważamy, że każdy kolejny pierwiastek, ma o jeden elektron walencyjny więcej od poprzedniego. Następny pierwiastek, krzem, ma cztery elektrony walencyjne. Krzem jednak nie chce oddawać swoich elektronów. To oznacza, że w tym rzędzie najwyższy możliwy ładunek to plus trzy. A co z jonami ujemnymi?

Znajdują się one po prawej stronie układu okresowego. Na końcu po prawej jest argon. Argon ma osiem elektronów walencyjnych, czyli jego zewnętrzna powłoka jest maksymalnie wypełniona. Te atomy nie chcą jednak tworzyć jonów. Możemy uznać, że ich ładunek to „zero”.

Tuż obok, idąc w lewo, mamy chlor. Atomom chloru brakuje tylko jednego elektronu, żeby na powłoce był komplet. Jony, które z niego powstają, czyli jony chlorkowe, mają ładunek minus jeden. Dalej na lewo jest siarka. Siarce brakuje tylko dwóch elektronów,by osiągnąć komplet na zewnętrznej powłoce.

To oznacza, że siarka przyjmuje dwa elektrony. Powstałe jony nazywamy jonami siarczkowymi i mają one ładunek minus dwa. Podobnie dalej: fosfor, gdy przyjmie trzy elektrony, będzie miał wypełnioną powłokę walencyjną, a ładunek tego jonu, czyli jonu fosforanowego, to minus trzy. W ten sposób, aby dowiedzieć się, jaki ładunek ma jon danego pierwiastka, wystarczy go znaleźć w układzie okresowym. Patrząc od lewej, ładunki to kolejno plus jeden, plus dwa i plus trzy.

Z kolei od prawej ładunki to kolejno zero, minus jeden, minus dwa i minus trzy. W środkowej części tego rzędu mamy krzem. Mogą powstać z niego tylko jony o ładunkach minus i dwa minus, dlatego nie sprawdza się tu nasza prosta zasada określania ładunku jonu. Weźmy dwa inne pierwiastki: magnez i fosfor. Jaki będzie wzór chemiczny fosforku magnezu?

Na początek trzeba znaleźć magnez i fosfor w układzie okresowym. Magnez jest w drugiej kolumnie, co oznacza, że ładunek jonu to plus dwa. Fosfor jest trzeci, idąc w lewo od „kolumny zero” na końcu po prawej, więc ładunek jonu fosforanowego to minus trzy. W związku jonowym liczba ładunków dodatnich i ujemnych musi być taka sama. Aby tak się stało, potrzebujemy trzech jonów magnezu, które dają nam w sumie sześć ładunków dodatnich, i dwóch jonów fosforanowych, które dają łącznie sześć ładunków ujemnych.

Wzór fosforku magnezu będzie brzmiał Mg3P2. Na razie przyjrzeliśmy się tylko pierwiastkom w trzecim rzędzie. W pozostałych rzędach układu okresowego na ogół obowiązuje ta sama zasada, chociaż jest kilka wyjątków. O nich porozmawiamy sobie innym razem.