Ione: cos'è, come si forma, cationi e anioni
Uno ione, secondo la definizione IUPAC, è una particella o una specie chimica dotata di carica elettrica netta positiva o negativa. Può essere costituito da un singolo atomo (ione monoatomico) o da più atomi legati tra loro (ione poliatomico). Affinché una entità si definisca ione è necessario che il numero totale dei protoni, che rappresentano le particelle del nucleo con carica positiva, e il numero totale degli elettroni, presenti all'esterno del nucleo nel cosiddetto guscio elettronico, non siano uguali.
La presenza di un numero maggiore di protoni rende la specie uno ione positivo o catione. Viceversa, la presenza di un numero maggiore di elettroni, quindi cariche negative, rende la specie uno ione negativo o anione. Quando il numero di protoni è uguale a quello degli elettroni, la specie si definisce elettricamente neutra.
In base al numero di atomi, si classificano ioni monoatomici e ioni poliatomici.
Formazione degli ioni
Uno ione si forma attraverso diversi processi, tra i più comuni vi sono:
- Perdita di elettroni.
- Acquisto di elettroni.
- Reazioni chimiche (protonazione / deprotonazione).
Ioni monoatomici
Uno ione monoatomico è un atomo che ha ceduto oppure acquistato uno o più elettroni. Ad esempio, il sodio (Na), il calcio (Ca) e l'alluminio (Al) sono elementi capaci di formare ioni attraverso la cessione di, rispettivamente, uno, due o tre elettroni diventando cationi monovalenti, bivalenti e trivalenti.
Lo zolfo (S) e l'azoto (N) sono atomi che possono acquistare rispettivamente due e tre elettroni per diventare anioni bivalenti (ione solfuro, S2-) e trivalenti (ione nitruro, N3-).
Ioni poliatomici
Uno ione poliatomico è un insieme di atomi che possiedono una carica netta positiva o negativa. Lo ione ammonio (NH4+) e lo ione cianuro (CN-) sono, rispettivamente, esempi cationi poliatomici e anioni poliatomici.
Cationi e anioni
| Tipo di ione | Carica | Rapporto protoni/elettroni | Esempio |
|---|---|---|---|
Catione | positiva | protoni > elettroni | Na⁺, Ca²⁺ |
Anione | negativa | elettroni > protoni | Cl⁻, O²⁻ |
In presenza di un campo elettrico i cationi migrano verso il catodo, a differenza degli anioni che migrano verso l'anodo quando sono liberi di muoversi. Negli ioni di un reticolo cristallino la mobilità, a causa del vincolo del reticolo stesso, non è generalmente possibile.
Come si indica la carica di uno ione
La carica elettrica di uno ione si indica in apice cioè nella posizione grafica in alto a destra rispetto al simbolo chimico oppure alla formula dello ione. Quando la specie ha un valore assoluto di carica maggiore di uno il numero precede il segno. Ad esempio:
- Na+ = +1.
- Ca2+ = +2
- Al3+ = +3
- Cl- = -1
- SO42- = -2
Ioni bivalenti
Esempi di ioni comuni
| Formula | Nome dello ione | Tipo | Carica |
|---|---|---|---|
Na⁺ | ione sodio | catione monoatomico | +1 |
K⁺ | ione potassio | catione monoatomico | +1 |
Mg²⁺ | ione magnesio | catione monoatomico | +2 |
Ca²⁺ | ione calcio | catione monoatomico | +2 |
Fe²⁺ | ione ferro(II) | catione monoatomico | +2 |
Fe³⁺ | ione ferro(III) | catione monoatomico | +3 |
Al³⁺ | ione alluminio | catione monoatomico | +3 |
NH₄⁺ | ione ammonio | catione poliatomico | +1 |
H₃O⁺ | ione idronio | catione poliatomico | +1 |
Cl⁻ | ione cloruro | anione monoatomico | −1 |
F⁻ | ione fluoruro | anione monoatomico | −1 |
O²⁻ | ione ossido | anione monoatomico | −2 |
OH⁻ | ione idrossido | anione poliatomico | −1 |
NO₃⁻ | ione nitrato | anione poliatomico | −1 |
HCO₃⁻ | ione idrogenocarbonato (bicarbonato) | anione poliatomico | −1 |
CO₃²⁻ | ione carbonato | anione poliatomico | −2 |
SO₄²⁻ | ione solfato | anione poliatomico | −2 |
PO₄³⁻ | ione fosfato | anione poliatomico | −3 |
Proprietà chimiche degli ioni
Gli ioni possiedono alcune proprietà chimiche e fisiche che determinano il comportamento e l'interazione con altri ioni o molecole.
Raggio ionico
Il raggio ionico è una misura delle dimensioni di uno ione. A parità di elemento, i cationi hanno un raggio ionico minore rispetto all'atomo neutro da cui derivano. Gli anioni, invece, hanno un raggio maggiore. Questo deriva, principalmente, dalle variazioni dell'attrazione nucleare e dalle repulsioni tra elettroni.
Energia di ionizzazione
L'energia di ionizzazione, o prima energia di ionizzazione, è la quantità di energia, espressa in kJ/mol, necessaria per allontanare l'elettrone più esterno da una mole di atomi neutri isolati allo stato di gas, appartenenti allo stesso elemento, trasformando di fatto gli atomi in cationi monovalenti. Ad esempio, l'energia di ionizzazione del sodio è pari a 496kJ/mol e indica che servono 496kJ/mol per rendere una mole di atomi di sodio (Na), presenti in forma gassosa, cationi monovalenti (Na+).
Ad esempio: Na(g) → Na⁺(g) + e
L'energia richiesta per formare dei cationi bivalenti, a partire da un catione monovalente, è definita seconda energia di ionizzazione, ed assume valori progressivamente superiori poiché è maggiore l'energia necessaria per vincere l'attrazione del nucleo atomico verso l'elettrone. Questo avviene perché, dopo la rimozione di un primo elettrone, la specie assume una carica positiva e, di conseguenza, gli elettroni sono molto più attratti dal nucleo.
Attrazione elettrostatica
Ioni di carica diversa, ad esempio anioni e cationi, tendono ad attrarsi e, in condizioni opportune, a formare un legame ionico che, pur non generando una vera e propria molecola, tende a stabilizzare il sistema ionico. Il cloruro di sodio, ad esempio, è un sale che è formato da ioni cloruro e ioni sodio impacchettati in un reticolo cristallino.
Pagine correlate
Percorso di chimica
Proprietà dell'atomo: Numero atomico, numero di massa, peso atomico, raggio atomico.
Specie chimiche: Ossidi.
Meccanica quantistica dell'elettrone: Ipotesi di De Broglie, orbitale atomico, numero quantico principale, numero quantico secondario, spin, salto quantico.
Legame chimico: Legame debole, legame ionico, legame metallico. Regola dell'ottetto, legame covalente, legame covalente dativo, energia di legame.
Stato della materia: Solido, liquido, aeriforme (gas).
Chimica delle soluzioni: Soluzione (solvente e soluto), concentrazione (molarità , normalità , frazione molare). Idrolisi, prodotto ionico dell'acqua.
Equilibrio chimico: Legge di azione di massa, costante di equilibrio.
Sta arrivando Skeila Diet
Il tuo studio nutrizionale, finalmente in ordine. E tu puoi entrare prima.
Pazienti, visite, misurazioni e piani alimentari in un unico ambiente. Skeila Diet è il nuovo software pensato per nutrizionisti, dietisti, medici e studi associati.
- Beta gratuita
- Fino al 30% di sconto
- Prezzo protetto per 24 mesi