Что такое катионы? На какие группы делят катионы?

Катионы — это положительно заряженные ионы. Они образуются тогда, когда атом или группа атомов отдаёт один или несколько электронов. Потеря электронов делает суммарный заряд частицы положительным.

Как образуются катионы

• Атом → катион + электроны
  Пример: Na → Na⁺ + e⁻
  Натрий потерял один электрон и стал катионом Na⁺.

• Если электронов отдано больше, заряд становится больше:
  Ca → Ca²⁺ + 2e⁻ (катион кальция Ca²⁺)

Катионы участвуют в образовании ионных соединений (например, NaCl), перемещаются в электрическом поле к катоду (отсюда и название), присутствуют в растворах электролитов, расплавах солей и т. д.

На какие группы делят катионы

Катионы обычно делят по нескольким признакам (в зависимости от темы: общая химия, аналитическая химия, неорганика).

1) По составу: простые и сложные (комплексные)

Простые (моноатомные) катионы — состоят из одного атома:

• Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Al³⁺, Fe²⁺, Cu²⁺ и др.

Сложные (полиатомные) катионы — состоят из нескольких атомов, связанных между собой:

• NH₄⁺ (аммоний)

• H₃O⁺ (гидроксоний) — часто рассматривается при кислотности растворов
  Также сюда относят комплексные катионы (с центральным ионом и лигандами), например:

• [Cu(NH₃)₄]²⁺, [Ag(NH₃)₂]⁺

2) По величине заряда: однозарядные, двухзарядные, трёхзарядные (и т. д.)

Однозарядные: Na⁺, K⁺, Ag⁺, NH₄⁺
Двухзарядные: Ca²⁺, Mg²⁺, Zn²⁺, Fe²⁺, Cu²⁺
Трёхзарядные: Al³⁺, Fe³⁺, Cr³⁺
Иногда встречаются и более высокие заряды, например Sn⁴⁺, Pb⁴⁺ (в определённых соединениях).

3) По химической природе: катионы металлов и катионы неметаллических частиц

Катионы металлов — самая распространённая группа (Na⁺, Ca²⁺, Fe³⁺ и т. п.).
Катионы неметаллических групп — например:

• NH₄⁺ (аммоний) — формально катион, хотя не металл

• H₃O⁺ (гидроксоний)

4) В аналитической химии: деление на аналитические группы (по реакции с групповыми реагентами)

В качественном анализе катионы объединяют в группы по тому, какие осадки они дают с определёнными реагентами. Смысл такой классификации — удобно разделять смесь катионов по шагам. Примерно это выглядит так:

• катионы, образующие малорастворимые хлориды (осаждаются хлорид-ионом);

• катионы, образующие сульфиды в кислой или щелочной среде;

• катионы, дающие осадки гидроксидов, карбонатов и т. д.

Точная схема групп (сколько групп и какие именно ионы входят) может отличаться в разных учебниках и методиках, но принцип всегда один: группировка по сходному поведению в реакциях осаждения.

Итог: катионы — это положительные ионы, возникающие при отдаче электронов. Их делят на группы по составу (простые/сложные), по заряду (1+, 2+, 3+…), по природе (металлические и неметаллические/полиатомные), а в аналитике — на аналитические группы по реакциям с групповыми реагентами.