- Cum se formează un cation?
- Încărcări formale și mai multe link-uri
- Oxidare
- Diferențe cu anionul
- Exemple de cele mai frecvente cationi
- monoatomica
- poliatomic
- Referințe
Un cation este o specie chimică care are o încărcare pozitivă. Formează împreună cu anionul cele două tipuri de ioni existenți. Încărcarea sa este produsul unei deficiențe de electroni în atom, ceea ce face ca protonii din nucleu să exercite o atracție mai mare. Pentru fiecare electron pe care un atom neutru îl pierde, sarcina pozitivă crește cu o unitate.
Dacă un atom pierde un electron și, prin urmare, numărul protonilor este mai mare decât unul, atunci sarcina sa pozitivă va fi +1; dacă pierzi doi electroni, încărcarea va fi de +2 și așa mai departe. Când un cation are o sarcină +1, se spune că este monovalent; pe de altă parte, dacă numita încărcare este mai mare decât +1, se spune că cationul este polivalent.
Ion de hidroniu, unul dintre cei mai simpli cationi. Sursa: Gabriel Bolívar.
Imaginea de mai sus arată cationul H 3 O + , numită ionul hidroniu. După cum se poate observa, abia are o sarcină de +1, fiind, prin urmare, un cation monovalent.
Cationii sunt specii importante, deoarece exercită o forță electrostatică asupra mediului lor și a moleculelor din jurul lor. Ele prezintă o interacțiune ridicată cu apa, un lichid care le hidratează și le transportă în soluri umede, pentru a ajunge ulterior la rădăcinile plantelor și a fi folosite pentru funcțiile lor fiziologice.
Cum se formează un cation?
S-a menționat că atunci când un atom pierde un electron, numărul său mai mare de protoni, în raport cu electronii, exercită o forță atractivă care se traduce într-o încărcare pozitivă. Dar cum poate să apară pierderea electronului? Răspunsul depinde de transformarea care are loc în reacțiile chimice.
Trebuie menționat că prezența unui atom încărcat pozitiv nu implică neapărat formarea unui cation. Pentru ca acesta să fie considerat ca atare, nu trebuie să existe un atom cu o sarcină formală negativă care să o neutralizeze. În caz contrar, ar exista atracție și repulsie în cadrul aceluiași compus și ar fi neutru.
Încărcări formale și mai multe link-uri
Atomii electronegativi atrag electroni din legăturile lor covalente către ei. Chiar dacă electronii sunt partajați în mod egal, va ajunge un punct în care vor avea parțial mai puțini electroni decât în configurația lor bazală; aceasta este aceea a atomilor săi liberi, fără a fi legată de alte elemente.
Apoi, acești atomi electronegativi vor începe să experimenteze o deficiență de electroni și, odată cu acesta, protonii nucleilor lor vor exercita o forță de atracție mai mare; se naște sarcina formală pozitivă. Dacă există o singură încărcare formală pozitivă, compusul va manifesta o încărcare ionică pozitivă totală; astfel se naște cationul.
Atomul de oxigen al cation H 3 O + este un exemplu fidel al celor de mai sus. Având trei legături OH, una mai mult decât în molecula de apă (HOH), se înregistrează pierderea unui electron din starea sa bazală. Calculele formale ale sarcinii vă permit să determinați când se întâmplă acest lucru.
Dacă se presupune formarea altei legături OH pentru un moment, se va obține cationul divalent H 4 O 2+ . Rețineți că sarcina divalentă din partea de sus a cationului este scrisă după cum urmează: număr urmat de simbolul „+”; în același mod procedăm cu anionii.
Oxidare
Metalele sunt formatori de cationi prin excelență. Cu toate acestea, nu toate pot forma legături covalente (sau cel puțin pur covalente). În schimb, ei pierd electroni pentru a stabili legături ionice: o sarcină pozitivă atrage una negativă, ținută împreună de forțele fizice.
Prin urmare, metalele pierd electroni pentru a merge de la M la M n + , unde n este de obicei egal cu numărul grupului său de pe tabelul periodic; deși n poate lua mai multe valori întregi, ceea ce este în special în cazul metalelor de tranziție. Această pierdere de electroni are loc într-un tip de reacție chimică numită oxidare.
Metalele se oxidează, pierd un electron, numărul protonilor din atomii lor îl depășește pe cel al electronilor și, prin urmare, prezintă o încărcare pozitivă. Pentru ca oxidarea să aibă loc, trebuie să existe un agent oxidant, care reduce sau câștigă electronii pierduți de metale. Oxigenul este cel mai cunoscut agent oxidant dintre toate.
Diferențe cu anionul
Contracția razei atomice într-un cation. Sursa: Gabriel Bolívar.
Diferențele dintre cation și anion sunt enumerate mai jos:
-Cationul, în general, este mai mic decât anionul. Imaginea de mai sus arată modul în care raza atomică a Mg este redusă pierzând doi electroni și devenind cationul Mg 2+ ; opusul apare cu anioni: devin mai voluminoși.
-Are mai mulți protoni decât electronii, în timp ce anionul are mai mulți electroni decât protonii.
-Deoarece este mai mic, densitatea sa de încărcare este mai mare și, prin urmare, are o putere de polarizare mai mare; adică deformează norii de electroni ai atomilor vecini.
-Un cation se deplasează în aceeași direcție cu câmpul electric aplicat, în timp ce anionul se mișcă în sens invers.
Exemple de cele mai frecvente cationi
monoatomica
Cationii monatomici provin mai ales din metale (cu anumite excepții, cum ar fi H + ). Dintre restul, este extrem de rar să luăm în considerare un cation derivat dintr-un element nemetalic.
Se va vedea că multe dintre ele sunt di sau polivalente și că mărimile sarcinilor lor sunt de acord cu numărul grupurilor lor din tabelul periodic.
-Li +
-Na +
-K +
-Rb +
-Cs +
-Fr +
-Ag +
Toți au în comun taxa „1+”, care este scrisă fără a fi necesară introducerea numărului și provin și din grupa 1: metalele alcaline. În plus, există Ag + cation , una dintre cele mai comune ale metalelor de tranziție.
-Be 2+
-Mg 2+
-Ca 2+
-Sr 2+
-Ba 2+
-Ra 2+
Acești cationi divalenți sunt obținuți din metalele lor apartinând grupului 2: metalele alcaline de pământ.
-La 3+
-Ga 3+
-În 3+
-Tl 3+
-Nu 3+
Cationi trivalenți ai grupului de bor.
Până acum, exemplele au fost caracterizate ca având o singură valență sau o taxă. Alte cationi prezintă mai mult de o valență sau o stare de oxidare pozitivă:
-Sn 2+
-Sn 4+ (staniu)
-Co 2+
-Co 3+ (cobalt)
-Au +
-Au 3+ (aur)
-Fe 2+
-Fe 3+ (fier)
Și alte metale, precum manganul, pot avea și mai multe valențe:
-Mn 2+
-Mn 3+
-Mn 4+
-Mn 7+
Cu cât sarcina este mai mare, cu atât cationul este mai mic și mai polarizant.
poliatomic
Fără a intra în chimia organică, există cationi anorganici și poliatomici care sunt foarte frecventi în viața de zi cu zi; precum:
-H 3 O + (hidroniu, menționat deja).
-NH 4 + (amoniu).
-NO 2 + (nitroniu, prezent în procesele de nitrare).
-PH 4 + (fosfoniu).
Referințe
- Whitten, Davis, Peck și Stanley. (2008). Chimie. (Ediția a VIII-a). CENGAGE Învățare.
- Helmenstine, Anne Marie, doctorat. (05 mai 2019). Definiția și exemplele cationilor. Recuperat de la: thinkco.com
- Wyman Elizabeth. (2019). Cation: definiție și exemple. Studiu. Recuperat din: studiu.com
- Dummies. (2019). Ionii pozitivi și negativi: cationi și anioni. Recuperat din: dummies.com
- Wikipedia. (2019). Cation. Recuperat de la: es.wikipedia.org