コンテンツ
遭遇するほとんどの原子と分子は電気的に中性ですが、イオンは自然界で重要な役割を果たします。これらの荷電原子は、正に帯電した陽イオンまたは負に帯電した陰イオンです。陽イオンと陰イオンはさまざまな方法で形成されます。陽イオンの場合、電子の損失により正味の正電荷が残り、陰イオンの場合、電子の添加により正味の負電荷が残ります。さまざまな原子のイオン化エネルギーや電子親和力など、この背後にあるプロセスを理解すると、特定の原子が他の原子よりも簡単にイオンになる理由とその原因を理解するのに役立ちます。
TL; DR（長すぎる;読まなかった）
カチオンは、原子がイオン化により電子を失ったときに形成される正に帯電したイオンです。これを行うために必要なエネルギー量は、イオン化エネルギーと呼ばれます
陰イオンは、原子が電子を獲得したときに形成される負に帯電したイオンです。このプロセスのエネルギーは、電子親和力と呼ばれます。
イオンとは？
原子には、陽子、電子、中性子という3つの主要な要素があります。中性子は電気的に中性であり、核物理学では重要な役割を果たしますが、存在する原子の電荷に影響を与えないため、イオンの形成には関係ありません。陽子は正に帯電し、占有します中性子とともに原子の中心核。電子は原子の負に帯電した部分であり、原子核の外側の「雲」を占有します。電子と陽子は等しいが反対の電荷を持ち、元素の自然な形態では、原子にはそれぞれ同じ数がありますこれは、陽子と電子からの電荷が互いに打ち消し合うため、要素が電気的に中性であることを意味します。
イオンは荷電原子です。原子が電子を獲得すると、負の電荷が正の電荷を上回り、原子全体が負の電荷を獲得します。これらのイオンは陰イオンと呼ばれます。原子が電子を失うと、負の電荷よりも正の電荷が多くなり、原子全体が正に帯電したイオンになります。これは陽イオンと呼ばれます。
カチオンはどのように形成されますか？
中性原子が電子を失うと、カチオンが形成されます。金属は、核の周りの電子の配置の結果として電子を失う傾向があります。電子は核の周りのさまざまな軌道を占め、これらはさまざまなエネルギーレベルにグループ化できます。高エネルギーレベルの軌道にある電子は、原子核から遠く離れています。完全な外部エネルギーレベルを持つ原子は安定していますが、外部エネルギーレベルに少数の電子がある場合、それらは電子を失う傾向があります。全エネルギーレベルの電子は、核からの正電荷の多くを「遮蔽」します。その結果、外側の電子は核に弱く結合するだけです。
陽イオンは、電子に十分なエネルギーが与えられると（たとえば、十分に高いエネルギーの光によって）イオン化プロセスによって形成され、核の引力から電子を引き離します。これを行うために必要なエネルギーは、イオン化エネルギーと呼ばれます。最初のイオン化エネルギーは、1つの電子を除去するのに必要なエネルギー量を示します。 2番目のイオン化エネルギーは、2番目のイオン化エネルギーを除去するために必要な量を示します。
元素が含まれる周期表のグループに基づいて、生成されるイオンの電荷を計算できます。たとえば、ナトリウムはグループ1に属し、+ 1の電荷を持つカチオンを形成します。マグネシウムはグループ2に属し、イオン化により2つの電子を失った後、+ 2の電荷を持つカチオンを形成します。アルミニウムはグループ3に属し、+ 3カチオンを形成します。グループ4の元素はイオンを形成せず、より高いグループの元素は代わりにアニオンを形成します。
陰イオンはどのように形成されますか？
陰イオンは陽イオンとは逆のプロセスで形成されます。電子を失う代わりに、非金属原子は電子を得ることができます。これは、外部エネルギーレベルがほぼ一杯であるためです。電子親和力という用語は、中性原子が電子を獲得する傾向を表します。イオン化エネルギーと同様に、エネルギーの単位がありますが、イオン化エネルギーとは異なり、電子が追加されるとエネルギーが放出され、電子が除去されるとエネルギーが吸収されるため、負の値になります。
一般に、より高いグループ（周期表の右側）の要素はより高い電子親和力を持ち、それらのグループのより高い行（周期表の上部に向かう）の要素はより高い電子親和力を持ちます。特定の列を下に移動するときの電子親和力の減少は、外殻と核間の距離の増加、および低エネルギーレベルの他の電子からの遮蔽に関連しています。左から右に移動するにつれて親和性が増加するのは、エネルギーレベルが完全に占有されることに近づくためです。
陽イオンに関しては、元素のグループが対応する陰イオンの電荷を示します。結果の料金は、グループ番号から8を引いたものです。グループ7の塩素は-1の電荷を持つアニオンを形成し、グループ6の酸素は-2の電荷を持つカチオンを形成します。