UN catione è una specie chimica che ha una carica positiva. Insieme all'anione, forma i due tipi di ioni esistenti. La sua carica è il prodotto di una carenza di elettroni nell'atomo, che fa sì che i protoni nel nucleo esercitino una maggiore attrazione. Per ogni elettrone perso da un atomo neutro, la carica positiva aumenta di un'unità..
Se un atomo perde un elettrone, e quindi il numero di protoni è maggiore di uno, la sua carica positiva sarà +1; se perdi due elettroni, la carica sarà +2 e così via. Quando un catione ha una carica +1, si dice che sia monovalente; d'altra parte, se detta carica è maggiore di +1, il catione si dice polivalente.
L'immagine sopra mostra il catione H.3O+, chiamato ione idronio. Come si può vedere, ha appena una carica di +1, essendo di conseguenza un catione monovalente.
I cationi sono specie importanti, poiché esercitano una forza elettrostatica sul loro ambiente e sulle molecole che li circondano. Presentano un'elevata interazione con l'acqua, un liquido che li idrata e li trasporta in terreni umidi, per raggiungere successivamente le radici delle piante ed essere utilizzati per le loro funzioni fisiologiche..
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Si è detto che quando un atomo perde un elettrone, il suo maggior numero di protoni, rispetto agli elettroni, esercita una forza attrattiva che si traduce in una carica positiva. Ma come può avvenire la perdita dell'elettrone? La risposta dipende dalla trasformazione che avviene nelle reazioni chimiche.
Va notato che la presenza di un atomo caricato positivamente non implica necessariamente la formazione di un catione. Perché sia considerato tale, non deve esserci un atomo con una carica formale negativa che lo neutralizzi. Altrimenti, ci sarebbe attrazione e repulsione all'interno dello stesso composto e sarebbe neutro.
Gli atomi elettronegativi attraggono gli elettroni dai loro legami covalenti a loro. Anche se gli elettroni sono condivisi equamente, arriverà un punto in cui avranno parzialmente meno elettroni rispetto alla loro configurazione basale; questo è quello dei suoi atomi liberi senza essere vincolato ad altri elementi.
Quindi, questi atomi elettronegativi inizieranno a sperimentare una carenza di elettroni e con essa i protoni dei loro nuclei eserciteranno una maggiore forza di attrazione; nasce la carica formale positiva. Se è presente una sola carica formale positiva, il composto manifesterà una carica ionica complessivamente positiva; così nasce il catione.
L'atomo di ossigeno del catione H3O+ È un fedele esempio di quanto sopra detto. Avendo tre legami O-H, uno in più rispetto alla molecola d'acqua (H-O-H), subisce la perdita di un elettrone dal suo stato basale. I calcoli formali degli addebiti consentono di determinare quando ciò accade.
Se si ipotizza per un momento la formazione di un altro legame O-H, si otterrà il catione bivalente H.4ODue+. Si noti che la carica bivalente sopra il catione è scritta come segue: numero seguito dal simbolo "+"; allo stesso modo procediamo con gli anioni.
I metalli sono formatori di cationi per eccellenza. Tuttavia, non tutti possono formare legami covalenti (o almeno quelli puramente covalenti). Invece, perdono elettroni per stabilire legami ionici: una carica positiva attrae una negativa, tenuta insieme da forze fisiche..
Pertanto, i metalli perdono elettroni per passare da M a Mn+, dove n di solito è uguale al numero del suo gruppo nella tavola periodica; anche se n può assumere diversi valori interi, soprattutto nel caso dei metalli di transizione. Questa perdita di elettroni avviene in un tipo di reazione chimica chiamata ossidazione..
I metalli si ossidano, perdono un elettrone, il numero di protoni nei loro atomi supera quello degli elettroni e di conseguenza mostrano una carica positiva. Perché si verifichi l'ossidazione, deve esserci un agente ossidante, che riduce o guadagna gli elettroni persi dai metalli. L'ossigeno è l'agente ossidante più conosciuto di tutti.
Di seguito sono elencate le differenze tra un catione e un anione:
-Il catione in generale è più piccolo dell'anione. L'immagine sopra mostra come il raggio atomico di Mg viene ridotto perdendo due elettroni e diventando il catione Mg.Due+; con gli anioni avviene il contrario: diventano più voluminosi.
-Ha più protoni che elettroni, mentre l'anione ha più elettroni che protoni..
-Essendo più piccolo, la sua densità di carica è maggiore, e quindi ha un maggiore potere polarizzante; cioè, deforma le nuvole di elettroni degli atomi vicini.
-Un catione si muove nella stessa direzione del campo elettrico applicato, mentre l'anione si muove nella direzione opposta.
I cationi monoatomici provengono principalmente da metalli (con alcune eccezioni, come H.+). Del resto, è estremamente raro considerare un catione derivato da un elemento non metallico.
Si vedrà che molti di loro sono di o polivalenti, e che l'ampiezza delle loro cariche concorda con il numero dei loro gruppi nella tavola periodica..
-Li+
-N / A+
-K+
-Rb+
-Cs+
-P+
-Ag+
Tutti hanno in comune la carica "1+", che si scrive senza bisogno di inserire il numero, e provengono anch'essi dal gruppo 1: i metalli alcalini. Inoltre, c'è il catione Ag+, uno dei più comuni dei metalli di transizione.
-EssereDue+
-MgDue+
-ACDue+
-SigDue+
-BaDue+
-RADue+
Questi cationi bivalenti derivano dai rispettivi metalli appartenenti al gruppo 2: i metalli alcalino terrosi..
-Al3+
-Ga3+
-Nel3+
-Tl3+
-Nh3+
Cationi trivalenti del gruppo boro.
Finora gli esempi sono stati caratterizzati come aventi una singola valenza o carica. Altri cationi mostrano più di una valenza o uno stato di ossidazione positivo:
-SnDue+
-Sn4+ (lattina)
-CoDue+
-Co3+ (cobalto)
-Au+
-Au3+ (oro)
-FedeDue+
-Fede3+ (ferro)
E altri metalli, come il manganese, possono avere ancora più valenze:
-MnDue+
-Mn3+
-Mn4+
-Mn7+
Maggiore è la carica, più piccolo e polarizzante è il catione..
Senza entrare nella chimica organica, ci sono cationi inorganici e poliatomici molto comuni nella vita quotidiana; ad esempio:
-H3O+ (idronio, già menzionato).
-NH4+ (ammonio).
-NONDue+ (nitronio, presente nei processi di nitrazione).
-PH4+ (fosfonio).
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