Non tutti gli atomi sono atomi ionizzati.
Tutti gli atomi hanno un nucleo contenente protoni e neutroni. Quel nucleo è circondato da uno o più orbitali che contengono elettroni. La carica totale di un atomo neutro è uguale a zero. Il numero di protoni è uguale al numero di elettroni. Se il numero di elettroni aumenta o diminuisce, un atomo viene ionizzato. È un catione (ion positivo) o un anione (ion negativo).
Atomi ionizzati
La stessa cosa può accadere a piccole raccolte di atomi legati. Per definizione, un atomo si ossida in un catione o si riduce a un anione.
Atomi caricati positivamente (cationi)
Gli atomi ionizzati hanno perso energia e diventano più stabili in questo modo. Alcuni atomi come il sodio (Na) sono più stabili se si perde un elettrone. L’atomo di sodio ha 11 protoni e 11 elettroni, ma il catione ha solo 10 elettroni. La reazione per il sodio ionizzante è scritta Na → Na⁺ .
Altri atomi perdono 2, 3, 4 o più elettroni. Il calcio perde due elettroni per formare Ca + 2; l’alluminio perde 3 elettroni dando Al+3. Rutenio perde 4 elettroni per dare Ru + 4; parti di uranio con 5 elettroni, lasciando U + 5. Il selenio produce Se + 6. Il manganese forma Mn + 7. L’osmio perde 8 elettroni per formare il più alto livello di ossidazione, Os + 8.
Cationi complessi
A volte una collezione di atomi legati perde uno o più elettroni. Occasionalmente, invece, può ottenere un catione idrogeno, H+.
Il catione uranilico (UO2)+ è costituito da un atomo di uranio legato a due atomi di ossigeno. Chromyl è la combinazione di un atomo di cromo e due atomi di ossigeno risultante in un catione bivalente, o doppia carica, (CrO2) + 2.
L’ammoniaca, NH₃, accetta un catione di idrogeno per diventare un catione di ammonio, NH4+. Allo stesso modo, la fosfina, pH₃, accetta un catione idrogeno, dando fosfonio, pH₄ ⁺.
Atomi caricati negativamente (anioni)
Alcuni atomi come il fluoro ionizzano guadagnando elettroni; F → F–. Come con gli atomi che formano cationi, altri atomi possono formare anioni con carica multipla. Ossigeno, zolfo, selenio e altri atomi possono guadagnare due elettroni. Azoto, fosforo e arsenico possono guadagnare 3 elettroni. Anioni più altamente carica si trovano generalmente tra gli anioni complessi.
Anioni complessi
Molti atomi ionizzati negativamente formano anioni complessi. Gli anioni complessi a carica singola includono nitrato, NO3, cianuro, CN, ipoclorito, OCl e permanganato, MnO4. Gli anioni con carica a -2 includono solfato, SO4, carbonato, CO3 e dicromato, Cr2O7. Esempi di ioni con carica a -3 sono fosfato, PO4, alluminato, ALO3 e silicato, SiO4. Alcuni anioni complessi hanno una carica -4, come stannato, SnO4, antimonato, SbO4 o ferrocianuro, Fe (CN)6.
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