§ 37. Йони — найменші частинки багатьох речовин

Зміст

ДІЗНАЄТЕСЯ, ЗРОЗУМІЄТЕ, ВИКОРИСТАЄТЕ

Чим йони відрізняються від атомів?

Йони мають електричний заряд, іншу електронну будову (переважно із завершеним зовнішнім рівнем), відмінні радіуси та хімічні властивості порівняно з атомами. Наприклад, атоми натрію активно реагують із водою, а йони Натрію $Na^+$ у кухонній солі — ні.

Як записати формулу йона?

Формулу йона позначають хімічним символом елемента. Праворуч угорі пишуть заряд: цифру, потім «+» або «–». Одиницю не вказують, пишуть лише знак (наприклад, $Na^+$, $Cl^-$).

Як визначають електронну будову йонів?

Електронну будову визначають за зміною кількості електронів:

• Атоми металів віддають електрони зовнішнього рівня, набуваючи конфігурації попереднього інертного газу.
• Атоми неметалів приєднують електрони до утворення октету (8 електронів), набуваючи конфігурації наступного інертного газу.

Запишіть електронні формули частинок, що утворюються, і визначте їхні електричні заряди.

Утворення частинок:

• Катіон Літію ($Li^+$) втрачає один електрон, має заряд +1, формула $1s^2$ (як у Гелію).
• Аніон Флуору ($F^-$) приєднує один електрон, має заряд –1, формула $1s^2 2s^2 2p^6$ (як у Неону).
• Катіон Магнію ($Mg^{2+}$) втрачає два електрони, має заряд +2, формула $1s^2 2s^2 2p^6$ (як у Неону).

Чим зумовлений позитивний заряд катіона?

Позитивний заряд виникає через втрату атомом негативних електронів. У результаті кількість протонів у ядрі перевищує кількість електронів в оболонці.

Напишіть схему перетворення атома Магнію на відповідний йон і наведіть електронні формули обох частинок.

Схема: $$Mg – 2\bar{e} \rightarrow Mg^{2+}$$

Електронна формула атома Магнію ($Mg$): $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2$.
Електронна формула йона Магнію ($Mg^{2+}$): $1s^2 2s^2 2p^6$.

Напишіть схему перетворення атома Оксигену на відповідний йон і наведіть електронні формули обох частинок.

Схема: $$O + 2\bar{e} \rightarrow O^{2-}$$

Електронна формула атома Оксигену ($O$): $1s^2 2s^2 2p^4$.
Електронна формула йона Оксигену ($O^{2-}$): $1s^2 2s^2 2p^6$.

Чи пов’язана здатність атома втрачати / приєднувати електрони з його електронегативністю? Відповідь аргументуйте.

Так. Електронегативність — це здатність атома притягувати електрони. Елементи з високою електронегативністю (неметали) приєднують електрони, стаючи аніонами. Елементи з низькою електронегативністю (метали) слабко утримують валентні електрони, віддають їх і стають катіонами.

ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ

Проаналізувавши матеріал, викладений у параграфі, запишіть у зошиті висновки про перетворення атомів на йони, типи йонів і відмінності йонів від атомів.

Атоми стають йонами, віддаючи або приєднуючи електрони для утворення стійкої оболонки (октету). Йони поділяють на позитивні катіони та негативні аніони. Від атомів вони відрізняються наявністю заряду, завершеним зовнішнім рівнем, розміром і хімічними властивостями.

Сформулюйте цікаве запитання за темою параграфа і поставте його своїм однокласникам / однокласницям. Порівняйте свою і їхні відповіді та оцініть їх. Поясніть, чому ваша оцінка саме така.

Варіант запитання: «Чому радіус катіона менший за радіус відповідного атома, а радіус аніона — приблизно такий самий або трохи більший?»
Очікувана відповідь: Катіон втрачає зовнішній рівень, тому його радіус суттєво зменшується. Аніон доповнює існуючий зовнішній рівень, тому радіус змінюється мало, але може незначно зрости через взаємне відштовхування додаткових електронів.

ВАШІ ДОСЯГНЕННЯ І ВІДКРИТТЯ

ПЕРЕВІРМО СЕБЕ

382. Яка частинка містить більше електронів: а) атом чи відповідний катіон; б) атом чи відповідний аніон?

а) Атом містить більше електронів, бо катіон утворюється шляхом їх втрати.
б) Аніон містить більше електронів, бо утворюється шляхом їх приєднання до атома.

383. Укажіть, який з елементів — Кальцій чи Нітроген — може утворювати катіон, а який — аніон. Визначте заряд кожного йона і напишіть хімічні формули цих частинок.

Кальцій ($Ca$) — метал. Він віддає 2 електрони, утворюючи катіон $Ca^{2+}$.
Нітроген ($N$) — неметал. Він приєднує 3 електрони до октету, утворюючи аніон $N^{3-}$.

384. Складіть електронні формули йонів $Be^{2+}$ і $S^{2-}$.

Атом Берилію ($Be$) віддає 2 валентні електрони, утворюючи $Be^{2+}$: $1s^2$.
Атом Сульфуру ($S$) приєднує 2 електрони, утворюючи $S^{2-}$: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6$.

ПОМІРКУЙМО

385. Атом якого хімічного елемента має таку саму електронну будову, що і йон Алюмінію? Складіть електронну формулу частинки та зобразіть її графічний варіант.

Йон $Al^{3+}$ утворюється втратою 3 електронів атомом $Al$ (№13), тому містить 10 електронів. Таку ж будову має атом Неону ($Ne$, №10).
Електронна формула: $1s^2 2s^2 2p^6$.

Графічний варіант:

386. В атомі якого елемента міститься на 2 електрони менше, ніж у йоні Магнію?

Йон $Mg^{2+}$ має 10 електронів (12 – 2 = 10). На 2 електрони менше (тобто 8) має елемент №8 — Оксиген ($O$).

387. Укажіть у поданому переліку частинку з найбільшим радіусом і найменшим радіусом: атом $Ne$, йони $Na^+$, $Mg^{2+}$, $F^-$. Відповідь обґрунтуйте.

Ці частинки мають однакову кількість електронів (по 10: $1s^2 2s^2 2p^6$). Їхній радіус залежить від заряду ядра: чим більший заряд, тим сильніше ядро притягує електрони, зменшуючи радіус.
Заряди ядер: $F$ (+9), $Ne$ (+10), $Na$ (+11), $Mg$ (+12).

• Найбільший радіус в аніона $F^-$ (найменший заряд ядра).
• Найменший радіус у катіона $Mg^{2+}$ (найбільший заряд ядра).

ВИКОНАЙМО ВПРАВУ

388. Напишіть хімічні формули частинок, у яких електронна будова зовнішнього енергетичного рівня — $3s^2 3p^6$.

Це завершений третій рівень (октет). Таку будову мають:

• Атом інертного газу: $Ar^0$.
• Аніони неметалів 3-го періоду: $Cl^-$, $S^{2-}$, $P^{3-}$.
• Катіони металів 4-го періоду: $K^+$, $Ca^{2+}$, $Sc^{3+}$.

389. Складіть електронну формулу частинки, яка має 8 протонів і 10 електронів. Назвіть цю частинку.

8 протонів — це Оксиген ($O$). Заряд частинки: 8 – 10 = –2.
Це оксид-іон $O^{2-}$.
Електронна формула: $1s^2 2s^2 2p^6$.

390. Допишіть у схеми утворення йонів знаки «плюс» або «мінус» і відповідну кількість електронів:
а) $I \dots e^- \rightarrow I^-$;
б) $Al \dots e^- \rightarrow Al^{3+}$.

а) $I + 1\bar{e} \rightarrow I^-$ (приєднання електрона);
б) $Al – 3\bar{e} \rightarrow Al^{3+}$ (втрата електронів).

391. Напишіть схеми утворення йонів Гідрогену з атома. Яка частинка має найменший радіус — катіон, аніон чи атом Гідрогену? Чому?

Схеми:

1. $H – 1\bar{e} \rightarrow H^+$ (катіон, протон).
2. $H + 1\bar{e} \rightarrow H^-$ (аніон, гідрид-іон).

Найменший радіус має катіон $H^+$. Атом втрачає єдиний електрон, залишається лише ядро, розмір якого значно менший за атом чи аніон.

У КОМАНДІ

392. Назвіть три катіони і два аніони, електронна будова яких така сама, що і йона $F^-$.

Йон $F^-$ містить 10 електронів ($1s^2 2s^2 2p^6$). Таку конфігурацію мають:

• Катіони: $Na^+$, $Mg^{2+}$, $Al^{3+}$.
• Аніони: $O^{2-}$, $N^{3-}$.

393. Слово «йон» походить від грецького «іон» (той, що йде). З’ясуйте, чому частинці дали таку назву.

Назву ввів Майкл Фарадей. Вона відображає здатність заряджених частинок рухатися в електричному полі до електродів: катіони прямують до катода, аніони — до анода.

ФОРМУЙМО СЛОВНИЧОК

394. Випишіть ключові слова і словосполучення з тексту параграфа для укладання двомовного словничка.

• Йон — Ion
• Катіон — Cation
• Аніон — Anion
• Електронна будова — Electronic structure
• Заряджена частинка — Charged particle
• Зовнішній енергетичний рівень — Outer energy level
• Електронний октет — Electron octet

ОЦІНЮЙМО СВОЇ ЗНАННЯ

395. Створіть у зошиті таблицю оцінювання ваших знань і заповніть її.

Приклад таблиці: