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Atome möchten ein Elektron verlieren oder gewinnen, um stabil zu sein. Sobald sie einige Elektronen gewonnen oder verloren haben, ist ihnen eine Ladung zugeordnet, da sich ihre Elektronen- und Protonenzahlen nicht mehr ausgleichen. Aber was bestimmt, was mit den Elektronen eines Atoms passiert? Alles hat mit der Anzahl der Elektronen zu tun in der Valenzschale eines Atoms.
Wie viele Elektronen hat ein Atom?
Um zu finden Wie viele Elektronen ein Atom hat, sehen Sie sich einfach die Ordnungszahl an. Die Anzahl der Elektronen = die Ordnungszahl . Chlor hat beispielsweise eine Ordnungszahl von 17. Das heißt, es hat 17 Elektronen.
Ob Chlor Elektronen verliert oder gewinnt, hängt davon ab, wie diese 17 Elektronen um den Kern herum konfiguriert sind.
Elektronenkonfiguration
Der Verlust oder Gewinn von Elektronen findet statt, um ein Atom stabiler zu machen. Sobald dieser Prozess stattfindet, wird es nicht mehr als Atom, sondern als Atom bezeichnet ion .
Sie können sich vorstellen, dass Elektronen in Ringen um den Kern eines Atoms geordnet werden. Der erste Ring muss zwei Elektronen enthalten, um voll zu sein. Der nächste muss acht enthalten. Im Allgemeinen ist das Atom glücklich, sobald die Valenzschale voll ist. Es möchte weder ein Elektron gewinnen noch verlieren.
Was ist die Valenzschale eines Atoms?
Die Valenzschale ist die äußerste Hülle von Elektronen, die ein Atom umgeben. Die Anzahl der Elektronen in dieser Hülle ist wichtig, um zu bestimmen, wie das Atom reagiert und wie die Ladung des Ions werden könnte.
Viele der Elemente, an die Sie im Biologie- und Chemieunterricht am häufigsten denken, benötigen acht Elektronen in ihrer Valenzschale, um stabil zu sein. Dies wird als Oktettregel bezeichnet.
Angenommen, Sie wissen, dass ein Atom 10 Elektronen hat (können Sie herausfinden, um welches Element es sich handelt? ?). Wie viele wären in der Valenzschale? Zuerst nehmen Sie zwei von zehn weg, da der erste Ring zwei Wahlen hat. Dies lässt acht Elektronen übrig. Das heißt, in der Valenzschale gibt es acht Elektronen und die Valenzschale ist voll.
Wenn die Valenzschale voll ist, passiert nichts. Das Atom wird nicht ionisieren. Infolgedessen wird das Atom nicht geladen.
In diesem Beispiel haben Sie Neon (haben Sie herausgefunden, dass es Neon ist?). Neon hat eine volle Valenzschale und somit keine Ladung. Was passiert also, wenn die Valenzschale nicht voll ist?
Ein Ion werden
Atome möchten eine haben volle Valenzschale, und sie wollen es so einfach wie möglich machen.
Schauen Sie sich zum Beispiel noch einmal Chlor an. Es hat 17 Elektronen. Wie viele sind in der Valenz? Die ersten beiden Ebenen werden sein voll mit 10 Elektronen. Das heißt, es sind noch sieben Elektronen in der Valenzschale. Dies bedeutet, dass Chlor ein Elektron gewinnen möchte, um eine vollständige Valenzschale zu erhalten. Wenn es das eine Elektron gewinnt, was passiert dann mit der Ladung?
Zunächst sind die Elektronen und Protonen ausgeglichen. Chlor hat 17 Elektronen (eine Ladung von -17) und 17 Protonen (eine Ladung von +17), sodass die Gesamtladung Null ist. Sobald das Chlor ein Elektron gewinnt Die Summe wird jedoch nur -1, da es jetzt 18 Elektronen und immer noch 17 Protonen gibt. Infolgedessen ist Chlor ein negativ geladenes Ion. Es wird geschrieben als: Cl-.
Negativ geladene Ionen werden genannt Anionen . Was ist mit positiv geladenen Ionen? Sie heißen Kationen . Schauen Sie sich dieses Beispiel an, wie sich ein Kation bildet:
Magnesium ist die Ordnungszahl 12. Das heißt, es hat 12 Elektronen und 12 Protonen. Wie sind nun die Wahlen konfiguriert und wie viele Elektronen befinden sich in der Valenzschale?
Die ersten beiden Schalen sind voll, die erste mit zwei Elektronen und die zweite mit acht. Alles, was übrig bleibt, sind zwei Elektronen in der Valenzschale. Jetzt könnten die Atome sechs Elektronen gewinnen, um es für eine volle Schale auf acht zu schaffen, oder sie könnten zwei verlieren, um es zu einer vollen Schale zu schaffen. Der zweite Weg ist viel einfacher. Infolgedessen verliert Magnesium zwei Elektronen.
Nach dem Verlust von zwei Elektronen wird die Ladung am Atom +2, da jetzt 10 Elektronen (-10) und 12 Protonen (+12) vorhanden sind. Es wird geschrieben als: Mg2 +.
Ionenladung und das Periodensystem
Es gibt einen Trend zur Ionenbildung auf dem Periodensystem. Die Gruppen 1, 2, 13 und 14 neigen dazu, positiv geladen zu werden. Dies bedeutet, dass sie lieber einige Elektronen verlieren würden, um zu einer vollständigen Valenzschale zu gelangen.
Die Gruppen 15, 16 und 17 neigen dazu, eine negative Ladung zu haben, weil sie lieber Elektronen gewinnen würden, um zu einer vollständigen Valenzschale zu gelangen.
Schließlich sind in Gruppe 18 die Edelgase. Diese Elemente haben bereits eine vollständige Valenzschale.Aus diesem Grund ist es unwahrscheinlich, dass sie ein Elektron verlieren oder gewinnen, und sie sind äußerst stabil.
Antwort
Wie in allen Antworten angegeben, hat Lithium 1 von 3 Elektronen, die leicht reagieren können . Das Li + -Ion hätte also eine Ladung von 1+.
Dies ist leicht zu entdecken. Warum wollten Sie es wissen?
Ich denke, der Grund, warum sie Lithium in Batterien mögen, liegt in seinem Gewicht, dem leichtesten Metall und der Größe, dem Ion und dem kleinsten Element In seiner Klasse können Sie also mehr Ionen auf eine Platte in der Batterie pro Elektrodenbereich packen und so eine höhere Ladungsdichte erzielen. Insgesamt erhalten Sie also mehr Leistung von einer kleineren, leichteren Batterie. In Anwendungen, bei denen Größe und Gewicht wichtig sind, wie in Bei einem Laptop oder Mobiltelefon ist Li-Ion die derzeit bevorzugte Batterie. Die Chemie ist komplizierter als bei vielen „Batterien“ (wiederaufladbare Zellen sind eigentlich keine Batterien, sondern Akkumulatoren. Batterien erzeugen Strom durch den Zusammenbruch von zwei Platten mit ein Unterschied in der „Elektronegativität“).
In Li-Ionen-Zellen wird das Lithium immer mit anderen Elementen kombiniert. Metallisches Lithium wird nur in Lithium-Verbrauchsbatterien wie den Lithium-Knopfzellen auf einem Computer-Motherboard verwendet verwendet, um Ni-Cad-Zellen zu verwenden und sie aufzuladen, während der Computer eingeschaltet war . Aber diese hatten ihre eigenen Probleme. Die Knopfzellen können eine CMOS-Uhr für etwa 3 Jahre bei normalem Gebrauch aufrechterhalten, länger, wenn Sie den Computer selten ausschalten. Dieses gesamte Schema ist etwas veraltet, da Einstellungen leicht im BIOS-EEPROM gespeichert werden können und sich die Uhr beim Laden des Betriebssystems aus dem Internet aktualisieren kann. Oder es könnte eine kleine Ultra-Kappe anstelle einer Wegwerfzelle verwendet werden. Aber die Zellen sind billig und halten 3 Jahre, was ungefähr so lange ist, wie der durchschnittliche Benutzer sowieso einen Computer hat.
Ein bisschen abseits des Themas, denke ich …
Ich erwarte in der In Zukunft wird die Paarung von Festkörperelektrolyten und zusätzlichen Nanoröhren-Ultrakappenschichten in mobilen Batterien letztendlich den Markt dominieren, und das Ersetzen der Batterie in einem mobilen Gerät wird der Vergangenheit angehören, ebenso wie brennende Batterien. Zellen, die Al3 + -Ionen verwenden, werden wahrscheinlich Li + -Zellen ersetzen, da die potentielle Energiedichte viel höher ist und die Kosten von Al gegenüber Li signifikant niedriger sind. Die Chemie ist kompliziert, aber eine Reihe von Forschungsgruppen arbeiten daran.
Einfache Frage, lange Antwort.