En general, los electrones permanecen alrededor de un núcleo cargado positivamente porque están cargados negativamente y, por lo tanto, se sienten atraídos por él.
Los átomos neutros tienen tantos electrones como protones en el núcleo.
Los iones son posibles, en los cuales la carga del átomo es diferente de cero en una o dos, o incluso más unidades que eso.
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Pero, en general, siempre cuesta energía eliminar un electrón de un átomo neutro; esto se llama la primera energía de ionización del átomo.
Además, la configuración en la que se agrega un electrón a un átomo siempre está menos ligada que la configuración neutral.
Por lo tanto, los iones solo son posibles cuando hay una fuente de energía para separar los electrones del átomo neutro, o cuando el electrón puede ir a otro lugar, por ejemplo, a otro átomo neutro de un tipo diferente y, por lo tanto, reducir la energía libre total de Gibbs del sistema de átomos neutros. Posiblemente esto podría suceder formando enlaces iónicos entre los iones negativos y positivos.
La razón principal por la cual la configuración con un electrón adicional es menos estable es que los electrones que ya están allí protegen la carga nuclear y también repelen el electrón adicional.
Para el caso del helio, específicamente, el ion con una carga negativa puede formarse, pero es metaestable con una vida útil de aproximadamente 20 microsegundos. Aquí hay un enlace a una medición de la vida útil cuando se forma por reacciones de intercambio de carga de iones He + en gas helio.
Vida útil de un ión de helio negativo
El hidrógeno con una carga negativa es fácil de producir, pero con cuatro cargas negativas sería muy inestable y de corta duración.
Qué iones se pueden formar y cuánto duran depende en gran medida de la física atómica detallada del átomo en cuestión.
Resulta que no hay un estado de ionización negativo para Pb-206, que tiene una vida lo suficientemente larga como para que pueda usar plomo como un proyectil en un haz de iones pesados relativista.
Debido a esto, no se puede acelerar previamente el plomo en un acelerador tándem Van de Graaf.
Entonces la gente usa oro o uranio para tales rayos en su lugar.
¡Historia verdadera!