Come calcolare la carica di uno ione

Gli ioni sono entità molecolari elettricamente cariche che si formano a partire da un atomo che perde o acquista uno o più elettroni. Tale fenomeno viene definito "ionizzazione". Gli atomi che perdono uno o più elettroni presentano una o piu cariche positive e vengono indicati col nome di "cationi"; gli atomi invece che acquistano uno o più elettroni presentano una o più cariche negative e vengono indicati col nome di "anioni". Ogni ione presenta una propria carica, che dipende dal numero di elettroni acquistati o ceduti. Ecco quindi come è possibile calcolare la carica di uno ione.

• Tavola periodica

Il primo passo per determinare la carica di uno ione è individuare l'elemento sulla tavola periodica. Ogni elemento è infatti indicato con un proprio simbolo e ad esso sono associate una serie di caratteristiche. La caratteristica necessaria per calcolare la carica di uno ione è il numero atomico, che si trova in alto, alla sinistra dell'elemento. Esso indica il numero di protoni che lo caratterizzano. Ogni atomo neutro presenta lo stesso numero di protoni ed elettroni. Quindi il numero atomico non solo indica il numero di protoni, ma rappresenta anche il numero di elettroni dell'atomo.

Per essere stabile, un atomo deve presentare 8 elettroni di valenza, caratteristica che appartiene esclusivamente ai gas nobili. Tuttavia quando gli atomi passano attraverso le reazioni chimiche o delle obbligazioni di forma, possono guadagnare, perdere o condividere elettroni in modo da raggiungere una condizione di stabilità, caratterizzata dalla presenza di 8 elettroni nell'orbitale di valenza. Il sodio ad esempio presenta un numero atomico uguale ad 11. Ciò sta ad indicare che presenta 11 elettroni ed effettuando la configurazione elettronica di tale elemento è possibile osservare che sono presenti 2 elettroni nel suo primo livello e 8 nel secondo, lasciando un singolo elettrone nel suo orbitale di valenza. Per arrivare ad avere 8 elettroni di valenza, il sodio tende a cedere l'unico elettrone presente nel suo orbitale esterno, acquistando di conseguenza una carica positiva. Pertanto la carica dello ione sodio è pari a +1.

La regola generale afferma che i metalli tendono a perdere i loro elettroni di valenza per formare cationi, mentre i non metalli in genere guadagnano elettroni per formare gli anioni. Il fosforo, ad esempio, presenta un numero atomico uguale a 15. Dalla configurazione elettronica si può osservare che nell'orbitale di valenza sono presenti solo 5 elettroni; quindi per raggiungere l'ottetto sono necessari altri 3 elettroni. Ogni elettrone per convenzione rappresenta una carica negativa, pertanto lo ione fosforo presenta una carica ionica pari a -3.

Le cariche degli ioni poliatomici o delle molecole con cariche positive o negative, vengono calcolate utilizzando un altra proprietà degli elementi: il numero di ossidazione. Esso è positivo se gli elettroni vengono ceduti, mentre è negativo se vengono acquistati. Lo ione di idrossido, ad esempio, è caratterizzato da un atomo di idrogeno e un atomo di ossigeno. L'ossigeno presenta un numero di ossidazione pari a -2, mentre l'idrogeno presenta un numero di ossidazione pari a +1. Per calcolare la carica di tale molecola è necessario effettuare la somma dei due numeri di ossidazione (-2) + (+1) = -1. Quindi lo ione di idrossido presenta una carica ionica pari a -1.

In uno ione poliatomico, il numero di protoni è rappresentato da tutti gli atomi al suo interno.
Per calcolare questo, è necessario determinare il numero di protoni in ogni atomo dello ione; è possibile utilizzare il numero atomico. Se il numero di protoni ed elettroni è uguale, non c'è nessuna carica, quindi il passo successivo è determinare quanti elettroni aggiungere o rimuovere al numero di protoni. Per calcolare il numero di elettroni nello ione, aggiungi 1 al numero di protoni. In secondo luogo, sottrai 1 dal numero di protoni per trovare il numero di elettroni per ogni carica positiva sullo ione (ad esempio: +1 ione, rimuovi un elettrone). Ecco un esempio pratico: N O -3 possiede N = 7 protoni; 3 O = 3 × 8 = 24 protoni. Totale = 7 + 24 = 31 protoni, 31 elettroni più uno per la carica negativa = 32 elettroni.

Per calcolare la carica netta di un atomo, determina il numero di protoni (carica positiva totale). Trova il numero di elettroni nell'atomo (carica negativa totale); se sono uguali, non vi è alcun addebito netto (0). Esempio: l'elio ha 2 protoni e 2 elettroni e ha una carica netta di 0. Se ci sono più elettroni di protoni, c'è una carica netta negativa data dalla differenza di elettroni e protoni. Nel caso in cui, l'azoto ha 7 protoni e potrebbe avere 10 elettroni, è uno ione azoto con una carica -3 (N-3). Se ci sono più protoni degli elettroni, c'è una carica positiva netta data dalla differenza di elettroni e protoni. Esempio: il magnesio ha 12 protoni e potrebbe avere 10 elettroni quindi è uno ione magnesio con una carica netta di +2 (Mg + 2). Ricorda sempre che l'aggiunta di elettroni rende uno ione maggiormente negativo. La carica netta di un elemento, è uguale alla sua distanza da un elemento inerte nella tavola periodica. Se il numero atomico dell'elemento, è maggiore del numero atomico dell'elemento inerziale più vicino allora sarà positivo e viceversa. La carica sarebbe la distanza dal gas inerte.

• Prestare attenzione al numero degli elettroni presenti negli orbitali di valenza

• Generalità e proprietà dello ione

• Come calcolare le particelle subatomiche