Jony: kationy, aniony i ich ładunki

Materia składa się z atomów. W obojętnym atomie liczba dodatnich protonów jest taka sama jak liczba ujemnych elektronów, dlatego jego całkowity ładunek wynosi zero.

Gdy atom odda albo przyjmie elektrony, przestaje być obojętny. Staje się wtedy jonem, czyli atomem mającym ładunek elektryczny. W zwykłych przemianach chemicznych liczba protonów w jądrze atomu się nie zmienia.

Kation to jon o ładunku dodatnim. Powstaje, gdy atom oddaje elektrony. Skoro elektron ma ładunek ujemny, po jego oddaniu w atomie pozostaje przewaga dodatnich protonów.

Metale zwykle tworzą kationy. Przykłady prostych jonów metali:

• sód: $Na^+$
• potas: $K^+$
• magnez: $Mg^{2+}$
• wapń: $Ca^{2+}$
• glin: $Al^{3+}$
• cynk: $Zn^{2+}$

Anion to jon o ładunku ujemnym. Tworzy się wtedy, gdy atom przyjmuje elektrony. Dodatnich protonów jest wtedy mniej niż ujemnych elektronów.

Niemetale najczęściej tworzą aniony. Ważne przykłady to:

• chlor: $Cl^-$
• brom: $Br^-$
• jod: $I^-$
• tlen: $O^{2-}$
• siarka: $S^{2-}$
• azot: $N^{3-}$

Znak i liczba zapisane wysoko przy symbolu pierwiastka oznaczają ładunek jonu. Na przykład $O^{2-}$ ma ładunek równy dwóm ujemnym ładunkom.

W wielu przypadkach można skorzystać z położenia pierwiastka w układzie okresowym. Metale z grupy 1 zwykle tworzą jony o ładunku $1+$, a metale z grupy 2 — jony o ładunku $2+$. Glin tworzy zazwyczaj $Al^{3+}$.

Niemetale z grupy 17, takie jak chlor, zwykle tworzą jony o ładunku $1-$; tlen i siarka — $2-$; azot — $3-$.

Niektóre metale mogą tworzyć więcej niż jeden jon. Żelazo występuje często jako $Fe^{2+}$ albo $Fe^{3+}$. Dlatego w nazwie podaje się liczbę rzymską: jon żelaza(II) to $Fe^{2+}$, a jon żelaza(III) to $Fe^{3+}$.

Związek zbudowany z jonów musi być jako całość obojętny elektrycznie. Suma ładunków dodatnich kationów oraz ujemnych anionów musi dawać zero.

W chlorku sodu występują jony $Na^+$ i $Cl^-$. Ich ładunki mają tę samą wartość, lecz przeciwne znaki, dlatego wzór związku to $NaCl$.

Jon magnezu $Mg^{2+}$ ma ładunek dwa razy większy niż jon chlorkowy $Cl^-$. Potrzebne są więc dwa jony chlorkowe: $MgCl_2$. Podobnie tlenek glinu ma wzór $Al_2O_3$, ponieważ dwa jony $Al^{3+}$ równoważą trzy jony $O^{2-}$.