Čo je ión?

Vmiešaj lyžičku soli do pohára vody a soľ akoby zmizla. Stále tam však je, len v podobe, ktorá je priveľmi malá na to, aby sa dala uvidieť: ako drobné nabité čiastočky, ktorým hovoríme ióny.

Vďaka iónom vedie slaná voda elektrinu. Ióny prenášajú správy po tvojich nervoch a putujú tam a späť vo vnútri batérie telefónu. Poďme zistiť, čo sú zač.

Keď atóm elektróny stratí alebo získa

Bežný atóm má presne toľko elektrónov ako protónov. Protóny majú kladný elektrický náboj a elektróny záporný. Navzájom sa vyrovnajú, takže atóm ako celok nemá žiadny náboj.

Elektróny sú však na okraji atómu a môžu prechádzať z jedného atómu na druhý. Atóm, ktorý elektróny stratil alebo získal, sa volá ión:

• Atóm, ktorý elektróny stratí, má viac plusov ako mínusov. Stane sa z neho kladný ión.
• Atóm, ktorý elektróny získa, má viac mínusov ako plusov. Stane sa z neho záporný ión.

Kladným iónom vedci hovoria katióny a záporným anióny.

Pohybujú sa len elektróny. Protóny zostávajú zamknuté v jadre, a tak atóm zostane tým istým prvkom. Atóm sodíka, ktorý stratí elektrón, je stále sodík, ale teraz je to sodný ión.

Ako sa ióny zapisujú?

Chemici zapisujú ión ako značku prvku s malým znamienkom vpravo hore. Znamienko ukazuje náboj: koľko elektrónov chýba alebo je navyše.

Ión	Čo sa stalo	Názov
Na⁺	atóm sodíka stratil 1 elektrón	sodný ión
Ca²⁺	atóm vápnika stratil 2 elektróny	vápenatý ión
Cl⁻	atóm chlóru získal 1 elektrón	chloridový ión
O²⁻	atóm kyslíka získal 2 elektróny	oxidový ión

Kovy, ako sodík a vápnik, zvyčajne elektróny strácajú a stávajú sa z nich kladné ióny. Nekovy, ako chlór a kyslík, zvyčajne elektróny získavajú a stávajú sa z nich záporné ióny. Názvy záporných iónov sa často končia na -idový: chloridový, oxidový, fluoridový.

Prečo atómy elektróny odovzdávajú alebo berú?

Všetko závisí od vonkajšej elektrónovej vrstvy. Atómy sú najspokojnejšie, keď majú vonkajšiu vrstvu plnú.

Atóm sodíka má 11 elektrónov, usporiadaných 2, 8, 1. Jeho jediný vonkajší elektrón sa dá ľahko stratiť. Keď je preč, plná vrstva pod ním sa stane vonkajšou vrstvou: 2, 8.

Atóm chlóru má 17 elektrónov, usporiadaných 2, 8, 7. Do plnej vonkajšej vrstvy mu chýba len jeden, a tak ho schmatne, kedykoľvek môže: 2, 8, 8.

Keď sa sodík stretne s chlórom, elektrón takto preskočí zo sodíka na chlór. Vznikne ión Na⁺ a ión Cl⁻ a plus a mínus sa navzájom priťahujú. Nespočetné takéto kladné a záporné ióny natesno pri sebe tvoria biele kryštáliky kuchynskej soli. Toto držanie medzi iónmi je jeden druh chemickej väzby, ktorý sa volá iónová väzba.

Laboratórium nižšie začína atómom sodíka. Uber jeden elektrón a vznikne Na⁺. Potom skús ďalšie výzvy.

Postav si atóm

Pridaj alebo uber elektróny a z atómu sa stane ión.

Nie je v mierke. Skutočné elektróny sa pohybujú v rozmazanom oblaku, nie po kruhoch.

Protóny − 11 +

Neutróny − 12 +

Elektróny − 11 +

Prvok

Sodík (Na) Protónové číslo 11: každý atóm tohto prvku má 11 protónov.

Izotop

Sodík-23: stabilné jadro 11 protónov + 12 neutrónov = 23 častíc v jadre. Jadro sa samo nemení.

Náboj

Neutrálny atóm 11 protónov (+) a 11 elektrónov (−) sa navzájom vyrovnajú.

Vonkajšia vrstva

1 z 8 Odovzdá 1 elektrón. Vrstvy od stredu: 2, 8, 1.

Vyber prvok

1H2He3Li4Be5B6C7N8O9F10Ne11Na12Mg13Al14Si15P16S17Cl18Ar19K20Ca

Postavené prvky: 0 z 20

Výzvy

Splnené: 0 zo 7

1. Na⁺ ako v kuchynskej soli
2. Cl⁻ ako v kuchynskej soli
3. Mg²⁺
4. O²⁻
5. H⁺, samotný protón
6. Ca²⁺ ako v tvojich kostiach
7. Akýkoľvek ión s plnou vonkajšou vrstvou

Čo sa stane, keď sa soľ rozpustí?

Kryštál soli je úhľadne poskladaný z iónov Na⁺ a Cl⁻, ktoré sa striedajú ako políčka na šachovnici, len v troch rozmeroch. Pozri sa na soľ lupou: mnohé zrnká sú drobné kocky!

Keď soľ nasypeš do vody, voda obklopí ióny a jeden po druhom ich vytiahne z kryštálu. Ióny sa rozptýlia po celej vode. Preto sa zdá, že soľ zmizla: rozpadla sa na ióny, ktoré sú primalé na to, aby sa dali uvidieť.

Tieto ióny sa môžu pohybovať. Keď sa do slanej vody ponoria dva drôty od batérie, kladné sodné ióny sa posúvajú k zápornému drôtu. Záporné chloridové ióny sa posúvajú ku kladnému drôtu.

Pohybujúce sa náboje sú elektrický prúd! Preto slaná voda vedie elektrinu, kým veľmi čistá voda takmer vôbec. Viac sa dozvieš v článku vodiče a izolanty.

Ióny v tvojom tele

Tvoje telo je plné iónov. V krvi a vo vnútri buniek plávajú sodné, draselné, vápenaté a chloridové ióny. Lekári im hovoria elektrolyty a majú dôležité úlohy.

Keď sa rozhodneš pohnúť prstom, po nervoch sa rúti správa. Šíri sa tak, že sodné ióny vtrhnú do nervovej bunky a draselné ióny z nej zase vybehnú, zakaždým o kúsok ďalej.

Trochu sa to podobá na mexickú vlnu na štadióne. Každý fanúšik sa len postaví a zase si sadne, ale vlna obehne celý štadión.

Vápenaté ióny pomáhajú svalom sťahovať sa, a to aj srdcu. Keď sa veľmi spotíš, stratíš vodu a aj časť týchto iónov. Preto sa na športových nápojoch píše o elektrolytoch.

Ióny v batériách

Ióny tvrdo pracujú aj v batériách. Telefón alebo tablet má lítium-iónovú batériu.

Keď batéria napája telefón, lítiové ióny v nej putujú z jednej strany na druhú. Zároveň cez telefón tečú elektróny ako elektrický prúd. Nabíjanie potlačí lítiové ióny späť, aby boli pripravené na ďalšie použitie.

Poďme hlbšie: Náboje, názvy a ióny z viacerých atómov pre dospelých a extra zvedavých

• Náboj iónu je počet jeho protónov mínus počet jeho elektrónov, vyjadrený v násobkoch elementárneho náboja, približne $1{,}602 \cdot 10^{-19}$ coulombu. Na⁺ má 11 protónov a 10 elektrónov.
• Ióny pomenoval Michael Faraday v roku 1834 podľa gréckeho slova, ktoré znamená „idúci“, pretože putujú k elektródam. Pri elektrolýze idú katióny ku katóde, zápornej elektróde, a anióny k anóde, kladnej elektróde.
• Ióny môžu byť aj z viacerých atómov spojených dokopy: hydroxidový OH⁻, uhličitanový CO₃²⁻, síranový SO₄²⁻ a amónny NH₄⁺.
• H⁺ je atóm vodíka bez svojho jediného elektrónu – holý protón. Vo vode nikdy nezostane sám. Naviaže sa na molekulu vody a vznikne H₃O⁺. Kyseliny sú látky, ktoré vo vode uvoľňujú H⁺.
• Asi 99 % vápnika v tvojom tele je uložených v kostiach a zuboch. Malý zvyšok, rozpustený ako ióny Ca²⁺, riadi svaly a nervy.

Poďme hlbšie: Prečo sodík neodovzdá elektrón zadarmo? pre dospelých a extra zvedavých

Podanie nálepky je pekný obraz, ale energia rozpráva prekvapivejší príbeh. Odtrhnúť vonkajší elektrón z atómu sodíka stojí asi 496 kilojoulov na mól, čo je 5,14 elektrónvoltu na jeden atóm. Atóm chlóru, ktorý elektrón zachytí, uvoľní len asi 349 kJ/mol. Premeniť atóm sodíka a atóm chlóru na dva samostatné ióny teda celkovo energiu stojí!

Odmena príde až potom. Keď sa ióny poukladajú do kryštálu soli, každý z nich sa ocitne medzi šiestimi susedmi s opačným nábojom. Ich priťahovanie uvoľní asi 787 kJ/mol. Práve toto veľké uvoľnenie energie spôsobí, že soľ vznikne, a preto sú kryštály soli také stále.

Poďme hlbšie: O koľko lepšie vedie slaná voda? pre dospelých a extra zvedavých

Veľmi čistá voda vedie elektrinu mimoriadne zle: asi $5{,}5 \cdot 10^{-6}$ siemensu na meter. Na ióny H₃O⁺ a OH⁻ sa rozdelia len asi dve z každej miliardy molekúl vody. Morská voda obsahuje asi 35 gramov soli v každom litri a vedie takmer miliónkrát lepšie: asi 5 siemensov na meter.

Pri drôtoch sa ióny len tak nezastavia. Odovzdávajú alebo prijímajú tam elektróny a vznikajú nové látky. V slanej vode sa na zápornom drôte objavujú bublinky vodíka a na kladnom sa môže tvoriť chlór. Tomu sa hovorí elektrolýza.

Over sa

Atóm vápnika stratí 2 elektróny. Čo sa z neho stane?

Ca²⁺, kladný ión Ca²⁻, záporný ión Iný prvok

Ukáž odpoveď

Ca²⁺, kladný ión – Keď stratí 2 elektróny, má o 2 protóny viac ako elektrónov, takže jeho náboj je plus 2. Stále je to vápnik.

Over sa

Prečo slaná voda vedie elektrinu?

Soľ obsahuje drobné drôtiky Soľ sa rozpadne na ióny, ktoré sa môžu pohybovať vodou Soľ vodu zohreje

Ukáž odpoveď

Soľ sa rozpadne na ióny, ktoré sa môžu pohybovať vodou – Vo vode sa soľ rozdelí na ióny Na⁺ a Cl⁻. Tieto nabité čiastočky sa môžu pohybovať a pohybujúce sa náboje sú elektrický prúd.