เนื้อหา
อะตอมและโมเลกุลส่วนใหญ่ที่เราพบนั้นเป็นกลางทางไฟฟ้า แต่ไอออนมีบทบาทสำคัญในธรรมชาติ อะตอมที่มีประจุเหล่านี้สามารถประจุบวกได้หรือประจุลบ ประจุบวกและประจุลบก่อตัวในรูปแบบที่แตกต่างกัน สำหรับไพเพอร์การสูญเสียอิเล็กตรอนจะทำให้ประจุมีประจุเป็นบวกขณะที่ประจุลบการเติมอิเล็กตรอนจะทำให้ประจุลบสุทธิ การทำความเข้าใจกระบวนการที่อยู่เบื้องหลังสิ่งนี้รวมถึงพลังงานไอออไนเซชันและความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนของอะตอมที่แตกต่างกันช่วยให้คุณเห็นว่าทำไมอะตอมบางอะตอมจึงกลายเป็นไอออนได้ง่ายกว่าสิ่งอื่นและสิ่งที่ทำให้เกิดขึ้น
TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)
ประจุบวกเป็นประจุที่มีประจุบวกเกิดขึ้นเมื่ออะตอมสูญเสียอิเล็กตรอนผ่านไอออนไนซ์ ปริมาณพลังงานที่ต้องใช้ในการทำสิ่งนี้เรียกว่าพลังงานไอออไนเซชัน
ประจุลบเป็นประจุลบที่เกิดขึ้นเมื่ออะตอมได้รับอิเล็กตรอน พลังงานในกระบวนการนี้เรียกว่าความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอน
ไอออนคืออะไร
อะตอมมีองค์ประกอบหลักสามอย่างคือโปรตอนอิเล็กตรอนและนิวตรอน นิวตรอนมีความเป็นกลางทางไฟฟ้าและแม้ว่าพวกเขาจะมีบทบาทสำคัญในฟิสิกส์นิวเคลียร์ แต่พวกมันก็ไม่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของไอออนเพราะพวกมันไม่ส่งผลกระทบต่อประจุของอะตอมที่พวกมันมีอยู่โปรตอนนั้นมีประจุเป็นบวก นิวเคลียสกลางของอะตอมพร้อมกับนิวตรอน อิเล็กตรอนเป็นส่วนที่มีประจุลบของอะตอมและพวกมันครอบครอง "เมฆ" รอบ ๆ ด้านนอกของนิวเคลียสอิเล็กตรอนและโปรตอนมีประจุเท่ากัน แต่ตรงข้ามกันและในรูปแบบตามธรรมชาติขององค์ประกอบมีจำนวนเท่ากันในแต่ละอะตอม องค์ประกอบนี้มีความเป็นกลางทางไฟฟ้าเนื่องจากประจุของโปรตอนและอิเล็กตรอนจะถูกกันออกไป
ไอออนเป็นอะตอมที่มีประจุถ้าอะตอมได้รับอิเล็กตรอนประจุลบจะมีค่ามากกว่าประจุบวกและอะตอมทั้งหมดก็จะมีประจุเป็นลบ ไอออนเหล่านี้เรียกว่าแอนไอออน ถ้าอะตอมสูญเสียอิเล็กตรอนก็จะมีประจุบวกมากกว่าประจุลบและอะตอมโดยรวมก็จะกลายเป็นไอออนประจุบวก สิ่งนี้เรียกว่าไอออนบวก
ไพเพอร์เกิดขึ้นได้อย่างไร?
ประจุบวกเกิดขึ้นเมื่ออะตอมเป็นกลางสูญเสียอิเล็กตรอน โลหะมีแนวโน้มที่จะสูญเสียอิเล็กตรอนเนื่องจากการจัดเรียงของอิเล็กตรอนรอบ ๆ นิวเคลียส อิเล็กตรอนจะมีวงโคจรที่แตกต่างกันรอบนิวเคลียสและสามารถแบ่งออกเป็นระดับพลังงานที่แตกต่างกัน อิเล็กตรอนในวงโคจรที่มีระดับพลังงานสูงจะอยู่ห่างจากนิวเคลียส อะตอมที่มีระดับพลังงานด้านนอกเต็มรูปแบบมีความเสถียร แต่ถ้ามีอิเล็กตรอนจำนวนน้อยในระดับพลังงานด้านนอกพวกมันมีแนวโน้มที่จะสูญเสียอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนในระดับพลังงานเต็ม“ ป้องกัน” ประจุบวกจำนวนมากจากนิวเคลียส เป็นผลให้อิเล็กตรอนชั้นนอกถูกพันธะกับนิวเคลียสอย่างอ่อน
ไพเพอร์เกิดขึ้นจากกระบวนการไอออไนเซชันเมื่อมีพลังงานเพียงพอแก่อิเล็กตรอน (โดยแสงของพลังงานที่สูงพอตัวอย่างเช่น) เพื่อดึงมันออกจากการดึงดูดของนิวเคลียส พลังงานที่ต้องใช้ในการทำสิ่งนี้เรียกว่าพลังงานอิออไนเซชัน พลังงานไอออไนเซชันแรกจะบอกคุณว่าต้องใช้พลังงานมากแค่ไหนในการกำจัดอิเล็กตรอนหนึ่งตัว พลังงานไอออไนเซชันที่สองจะบอกคุณว่าจำเป็นต้องใช้พลังงานเท่าไหร่ในการลบพลังงานที่สองและอื่น ๆ
คุณสามารถคำนวณประจุของไอออนที่เกิดขึ้นตามกลุ่มตารางธาตุที่มีอยู่ตัวอย่างเช่นโซเดียมอยู่ในกลุ่ม 1 และมันจะสร้างประจุบวกที่มีประจุ +1 แมกนีเซียมอยู่ในกลุ่มที่ 2 และมันจะสร้างประจุบวกที่มีประจุ +2 หลังจากสูญเสียอิเล็กตรอนสองตัวเป็นไอออนไนซ์ อลูมิเนียมอยู่ในกลุ่มที่ 3 และมีประจุบวก +3 องค์ประกอบกลุ่ม 4 ไม่ได้เป็นไอออนแบบฟอร์มและองค์ประกอบกลุ่มที่สูงกว่าจะสร้างประจุลบแทน
แอนไอออนทำอย่างไร
ประจุลบฟอร์มโดยกระบวนการตรงข้ามกับประจุบวก แทนที่จะสูญเสียอิเล็กตรอนอะตอมที่ไม่ใช่โลหะจะได้รับอิเล็กตรอน นี่เป็นเพราะระดับพลังงานด้านนอกของพวกเขาเกือบเต็ม คำว่าความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนอธิบายแนวโน้มของอะตอมที่เป็นกลางเพื่อให้ได้อิเล็กตรอน เช่นเดียวกับพลังงานไอออไนเซชันมันมีหน่วยของพลังงาน แต่ต่างจากพลังงานไอออไนเซชันมันมีค่าเป็นลบเพราะพลังงานถูกปล่อยออกมาเมื่อเติมอิเล็กตรอนในขณะที่มันถูกดูดซับเมื่อเอาอิเล็กตรอนออก
โดยทั่วไปองค์ประกอบในกลุ่มที่สูงขึ้น (ที่อยู่ทางด้านขวาบนตารางธาตุ) มีความพอใจอิเล็กตรอนสูงกว่าและองค์ประกอบในแถวที่สูงขึ้นของกลุ่มของพวกเขา (ไกลออกไปทางด้านบนของตารางธาตุ) มีความสัมพันธ์อิเล็กตรอนที่สูงกว่า การลดลงของความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนในขณะที่คุณเลื่อนลงคอลัมน์ที่กำหนดนั้นสัมพันธ์กับระยะทางที่เพิ่มขึ้นระหว่างเปลือกนอกและนิวเคลียสรวมถึงการป้องกันจากอิเล็กตรอนอื่นในระดับพลังงานที่ต่ำกว่า การเพิ่มความสัมพันธ์ในขณะที่คุณย้ายจากซ้ายไปขวาเป็นเพราะระดับพลังงานเข้าใกล้การเข้าครอบครองอย่างเต็มที่
สำหรับไพเพอร์กลุ่มขององค์ประกอบจะบอกคุณว่าประจุแอนไอออนที่เกี่ยวข้องจะเป็นอย่างไร การชาร์จที่เกิดขึ้นคือหมายเลขกลุ่มลบด้วยแปด คลอรีนในกลุ่ม 7 สร้างประจุลบที่มีประจุ −1 และออกซิเจนในกลุ่มที่ 6 ก่อประจุบวกที่มีประจุ charge2