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. Vediamo quindi come è possibile calcolare la carica di uno ione in modo efficace.

• 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.

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