İyon Nedir? Katyon, Anyon ve İyon Oluşumu

İyonun tanımı

İyon, proton sayısı ile elektron sayısı birbirine eşit olmayan ve bu nedenle net elektrik yükü taşıyan atom veya taneciktir. Protonlar pozitif, elektronlar negatif yüklü olduğundan, taneciğin toplam yükü bu iki parçacığın sayıları arasındaki farka bağlıdır. Nötronlar elektrik yükü taşımadığı için iyon yükünün belirlenmesinde proton ve elektronlar karşılaştırılır.

Bir tanecikte proton sayısı elektron sayısından fazlaysa pozitif yük ortaya çıkar. Elektron sayısı proton sayısından fazlaysa negatif yük oluşur. Örneğin 11 proton ve 10 elektron taşıyan bir tanecikte bir protonun pozitif etkisi karşılıksız kaldığı için tanecik +1 yüklüdür. Buna karşılık 17 proton ve 18 elektron taşıyan tanecikte bir elektron fazlası bulunduğundan yük −1 olur.

İyonlaşma sırasında atomun çekirdeğindeki proton sayısı değişmez; değişen, atomun elektron sayısıdır. Bu yüzden oluşan iyon yine aynı elemente aittir. Örneğin sodyum atomu bir elektron verdiğinde proton sayısı hâlâ 11 kalır, ancak elektron sayısı 10 olur ve pozitif yüklü bir iyon meydana gelir. İyon kavramını anlamanın temel noktası, elektron sayısının proton sayısıyla artık dengede olmamasıdır.

İyon oluşumu

Nötr bir atom, elektron verdiğinde veya elektron aldığında iyonlaşır. Elektronlar negatif yüklü olduğu için elektron vermek, tanecikte negatif yükün azalmasına ve pozitif yükün baskın hâle gelmesine yol açar. Elektron almak ise taneciğe ek negatif yük kazandırır. Böylece atomun proton sayısı aynı kalırken elektron sayısı değişir ve net yük oluşur.

Örneğin nötr sodyum atomunda 11 proton ve 11 elektron vardır. Bu atom bir elektron verdiğinde 11 protona karşılık 10 elektron kalır ve Na+ iyonu oluşur. Nötr klor atomunda ise 17 proton ve 17 elektron bulunur. Bir elektron aldığında elektron sayısı 18'e çıkar; böylece Cl− iyonu meydana gelir. İlk durumda elektron eksikliği, ikinci durumda elektron fazlalığı vardır.

Bir atomun elektron alıp vermesi, özellikle dış bölgesindeki elektronlarla ilişkilidir. Ana grup elementlerinde atomlar, dış elektronlarını vererek ya da eksik olan elektronları alarak daha kararlı bir dış elektron düzenine ulaşma eğiliminde olabilir. Bu düzenin ayrıntılı incelenmesi elektron dizilimi konusuyla ilgilidir. Elektronun hangi düzeyde bulunduğunu gösteren elektron dizilimi ayrıca ele alınır.

Katyon ve anyon ayrımı

İyonlar yüklerinin işaretine göre katyon ve anyon olarak ikiye ayrılır. Katyon, elektron vermiş pozitif yüklü iyondur. Anyon ise elektron almış negatif yüklü iyondur. Bu adlandırmada belirleyici olan proton sayısı değil, protonlarla elektronlar arasındaki sayısal dengedir.

Bir atom elektron kaybettiğinde negatif yüklü elektronların sayısı azalır. Proton sayısı değişmediği için pozitif yüklerin toplam etkisi daha büyük olur ve katyon oluşur. Örneğin kalsiyum atomu iki elektron verdiğinde 20 proton ve 18 elektron taşıyan Ca2+ iyonuna dönüşür. İki elektron eksildiği için iyonun yükü +2'dir.

Bir atom elektron kazandığında elektron sayısı artar. Bu kez negatif yüklerin toplam etkisi daha büyük olur ve anyon oluşur. Örneğin fosfor atomu üç elektron aldığında P3− iyonu meydana gelir. Bu iyonda proton sayısından üç fazla elektron bulunduğu için yük −3'tür.

Katyon ile anyonu ayırt etmek için yük işaretine bakmak yeterlidir: “+” işareti katyonu, “−” işareti anyonu gösterir. Elektron verme ile pozitifleşme, elektron alma ile negatifleşme arasındaki ilişki karıştırılmamalıdır; elektronun kendisi negatif yüklüdür.

İyon yükü ile proton ve elektron sayıları arasındaki ilişki

Bir iyonun yükü, proton sayısından elektron sayısının çıkarılmasıyla bulunur. Proton sayısı elektron sayısından büyükse sonuç pozitif, elektron sayısı daha büyükse sonuç negatif olur. Proton ve elektron sayıları arasındaki farkın büyüklüğü, iyon yükünün kaç birim olduğunu gösterir.

Örneğin 12 proton ve 10 elektron taşıyan bir iyon için yük +2'dir. Çünkü iki protonun pozitif yükünü dengeleyecek elektron eksiktir. 8 proton ve 10 elektron taşıyan bir iyonda ise yük −2'dir; iki elektron fazlası vardır. Proton ve elektron sayıları eşitse tanecik iyon değil, nötr atom olarak değerlendirilir.

İyon gösterimi ve yük yazımı

İyonlar, element sembolünün sağ üst köşesine yükü yazılarak gösterilir. Pozitif iyonlar için sembolün yanına “+”, negatif iyonlar için “−” işareti konur. Yükün büyüklüğü 1 ise genellikle yalnızca işaret yazılır: Na+ ve Cl−. Yükün büyüklüğü 1'den büyükse sayı ile birlikte gösterilir: Ca2+, Al3+ ve O2−.

Gösterimdeki sayı, iyonun kaç elektron verdiğini veya aldığını doğrudan belirtir. Ca2+ ifadesi, kalsiyum atomunun iki elektron verdiğini; O2− ifadesi ise oksijen atomunun iki elektron aldığını anlatır. Element sembolü hangi elementin söz konusu olduğunu, sağ üstteki işaret ve sayı ise taneciğin net yükünü gösterir. Örneğin 11 protonlu bir tanecik Na+ olarak yazılmışsa, bu tanecikte 10 elektron bulunması beklenir.

Nötr atom ile iyon arasındaki fark

Nötr atomda proton ve elektron sayıları eşittir. Pozitif protonların toplam yükü, negatif elektronların toplam yükünü dengelediği için atomun net yükü sıfır olur. İyonda ise elektron sayısı proton sayısına eşit değildir; bu nedenle tanecik pozitif veya negatif bir net yük taşır.

Nötr atom ile iyon arasındaki farkı belirleyen temel değişim elektron sayısıdır. Bir atom elektron verdiğinde proton sayısı aynı kaldığı hâlde elektron sayısı azalır ve katyon oluşur. Elektron aldığında ise elektron sayısı artar ve anyon meydana gelir. Örneğin nötr bir magnezyum atomunda 12 proton ve 12 elektron bulunurken, iki elektron verdiğinde 12 proton ve 10 elektron içeren Mg2+ iyonuna dönüşür.

Bu karşılaştırmada elementin kimliğini proton sayısı belirlediği için iyonlaşan atom başka bir elemente dönüşmez. Sodyum atomu bir elektron verdiğinde proton sayısı değişmediğinden hâlâ sodyumdur; yalnızca nötr tanecik olmaktan çıkıp pozitif yüklü iyon hâline gelir.

Günlük yaşamda ve çözeltilerde iyonlar

İyonlar, su gibi çözücüler içinde dağılmış hâlde bulunabilir ve bu tür çözeltiler elektrik akımının taşınmasına katkı sağlayabilir. Sofra tuzunun suda çözünmesiyle sodyum ve klor iyonları çözeltide bulunur. Vücut sıvılarında da farklı iyonlar yer alır; ancak bu iyonların ayrıntılı görevleri ayrı bir konudur.

Elektron dizilimi ve kararlı elektron düzeni

Elektron dizilimi, elektronların atom çevresindeki enerji düzeylerine nasıl yerleştiğini gösterir. Atomların iyonlaşırken daha kararlı bir elektron düzenine yönelmesi bu konuyla ilişkilidir.