Joner och jonbindningar

En atom består av laddade elementarpartiklar - protoner och elektroner (även neutroner finns i atomen men de är oladdade). Protonerna är plusladdade och sitter i kärnan medan elektronerna är minusladdade och kretsar runt kärnan i olika skal (K, L, M, osv). En atom är neutral, dvs. har lika många protoner som elektroner. Men alla atomer är ändå inte helt stabila, trots att de är neutrala. Det beror på att en atom allra helst vill ha 8 valenselektroner (oktettregeln). Vissa atomer har fler elektroner än 8 i sitt yttersta skal och vissa har färre än 8 elektroner. Dessa atomer kommer att bilda joner genom att bli av med elektroner eller ta upp elektroner. På så vis blir den före detta atomen, dvs. jonen, mycket mer stabil, den uppnår ädelgasstruktur. Jonen till ett grundämne och grundämnet självt kan ha mycket olika egenskaper. Exempelvis är grundämnet Natrium hälsoskadligt och brandfarligt medan Natriumjoner, $Na^+$ är helt ofarliga och finns i stor mängd i våra kroppar.

Joner är alltså positivt eller negativt laddade. En atom kan ta upp eller lämna ifrån sig 1-3 elektroner. Fler än det kostar för mycket i energi. Genom att titta på olika grundämnens valenselektroner kan man avgöra vilka slags joner de kommer att bilda. Man kan även se med vilka ämnen dessa joner kommer att reagera helst med. Ämnen längst till vänster i periodiska systemet reagerar gärna med ämnen näst längst till höger (längst till höger har vi ädelgaserna och de reagerar inte alls för att de redan har ädelgasstruktur och är oladdade).

Atomer som tar upp elektroner blir negativa joner. Dessa atomer har många valenselektroner och därför blir det lättast att uppnå ädelgasstruktur genom att ta upp några elektroner till. Grundämnen som bildar negativa joner finns på höger sida i periodiska systemet. Exempel på negativa joner är: $Cl^-$, $O^{2-}$, $N^{3-}$, $F^-$.

Atomer som lämnar ifrån sig elektroner blir positiva joner. Dessa atomer har få valenselektroner och därför blir det lättast att uppnå ädelgasstruktur genom att kasta bort de få elektronerna i yttersta skalet så att ett inre skal med 8 elektroner kan bli valensskalet istället. Grundämnen som bildar positiva joner finns på vänster sida i periodiska systemet. Exempel på positiva joner är: $Na^+$, $Mg^{2+}$, $Ca^{2+}$, $K^+$ .

Inte bara atomer kan bilda joner utan det kan även molekyler göra. Då kallas det för sammansatta joner. En vanlig sådan sammansatt jon är hydroxidjonen, $OH^-$. Den består av en syreatom och en väteatom. Jonen har laddningen $-1$.

Joner med motsatta laddningar kan bilda föreningar som har väldigt starka bindningar som kallas för jonbindningar.

Exempel på hur en jonförening bildas mellan $Na$-joner och $Cl$-joner.
Bild hämtad från: http://montessorimuddle.org

Jonerna lägger sig i en kristallstruktur i ett speciellt mönster som kallas gitter.

Gitterstruktur för $NaCl$, Natriumklorid (vanligt koksalt)
Bild hämtad från: http://spmchemistry.onlinetuition.com.my

Jonbindningen är den starkaste kemiska bindningen som man känner till. Därför har ämnen med jonbindning hög smältpunkt och är ofta i fast form. Men kristallen är porös, dvs spricker eller bryts av om den utsätts för slag och liknande (det kallas att utsättas för stress i fysiken). Det beror på att när kristallen får en stöt så kan jonerna som annars är uppradade $+ - + - + - + -$ förskjutas så att de istället hamnar $- - +  + - - + +$. Då skapas starka repellerande krafter som gör att kristallen går sönder (minus vill inte vara med minus och plus vill inte vara med plus).

Här ser vi hur en jonförening utsätts för ett slag eller liknande (kallas stress i fysiken). Då förskjuts jonerna så att joner med samma laddning hamnar bredvid varandra. Då blir de repellerande krafterna så starka att jonföreningen går sönder.
Bild hämtad från: http://www.chemguide.co.uk

En förening med jonbindning leder inte ström i fast form för då sitter elektronerna fast i gitterstrukturen. Men om föreningen är flytande eller löst i vatten så leder den ström. Det beror på att elektronerna nu kan röra sig fritt och jonbindningarna har lösts upp. Exempel på ämnen med jonbindning är olika former av salt - $NaCl$, $CaCl_2$, $KNO_3$, m.fl.

Här är några exempel på salter. Sodium chloride är Natriumklorid ($NaCl$), Potassium manganate är kaliummanganat ($K_2MNO_4$), Cobalt nitrate är koboltnitrat ($Co(NO_3)_2$), Iron chloride är järnklorid ($FeCl_3$), Copper sulphate är kopparsulfat ($CuSO_4$) och Potassium iodide är kaliumjodid ($KI $).
Bild hämtad från: http://www.rsc.org