Ja hän

Ioni ( toisesta kreikasta ἰόν  "menee") on atomi tai useiden atomien ryhmä, jolla on sähkövaraus [1] .

Itsenäisten hiukkasten muodossa ioneja esiintyy kaikissa aineen aggregaattitiloissa : kaasuissa (erityisesti ilmakehässä ), nesteissä ( sulaissa ja liuoksissa ), kiteissä ja plasmassa (erityisesti tähtienvälisessä tilassa ) . .

Atomi voi koostua protoneista, neutroneista ja elektroneista. Positiivisesti (+) varautuneeksi hiukkaseksi (atomiksi, molekyyliksi) kutsutaan, kun atomin protonien lukumäärä (p+) ylittää sen koostumuksen elektronien lukumäärän (e-): + > -. Tällaista hiukkasta kutsutaan kationiksi [2] . Negatiivinen (-) varautunut hiukkanen (atomi, molekyyli) kutsutaan, kun elektronien lukumäärä (e-) atomissa ylittää protonien lukumäärän (p+) sen koostumuksessa: + < - . Tällaista hiukkasta kutsutaan anioniksi [3] . Siinä tapauksessa, että protonien ja elektronien lukumäärä on yhtä suuri, hiukkasen katsotaan olevan neutraali . Sähköstaattinen voima vetää puoleensa vastakkaisia ​​sähkövarauksia , jolloin kationit ja anionit vetäytyvät toisiinsa ja muodostavat helposti ionisia yhdisteitä .

Kuvaus

Käsitteen ja termin "ioni" (englannin tiedehistorioitsija William Wavellin ehdotuksesta ) [4] esitteli vuonna 1834 Michael Faraday , joka tutkiessaan sähkövirran vaikutusta happojen , alkalien ja suolojen vesiliuoksiin ehdotti . että tällaisten liuosten sähkönjohtavuus johtuu ionien liikkeestä [5] [6] .

Positiivisesti varautuneita ioneja, jotka liikkuvat liuoksessa kohti negatiivista napaa ( katodia ), Faraday kutsui kationeiksi ja negatiivisesti varautuneita ioneja, jotka liikkuvat kohti positiivista napaa ( anodi ) -anioneja [4] .

Svante Arrhenius esitti väitöskirjassaan vuonna 1884 selityksen sille, että kiinteät kiteiset suolat hajoavat parillisiksi varautuneiksi hiukkasiksi liukeneessaan, mistä hän sai Nobelin kemian palkinnon vuonna 1903 [7] . Arrheniuksen selitys oli, että kun liuos muodostuu, suola dissosioituu Faraday-ioneiksi, hän ehdotti, että ioneja muodostuu myös ilman sähkövirtaa [8] [9] [10] .

Kemiallisesti aktiivisina hiukkasina ionit reagoivat atomien, molekyylien ja keskenään. Elektrolyyttiliuoksissa ioneja muodostuu elektrolyyttisen dissosiaation seurauksena ja ne määräävät monia niiden ominaisuuksia.

Kemiallisen nimikkeistön mukaan yhdestä atomista koostuvan kationin nimi on sama kuin alkuaineen nimi, esimerkiksi Na + :a kutsutaan natriumioniksi, joskus suluissa lisätään hapetusaste, esim. Fe 2+ -kationi  on rauta(II)-ioni. Yhdestä atomista koostuvan anionin nimi muodostuu elementin latinankielisen nimen juuresta ja päätettä "-id", esimerkiksi F - kutsutaan fluoridi-ioniksi [11] .

Ionien luokitus

Ionit jaetaan kahteen suureen ryhmään - yksinkertaisiin ja monimutkaisiin.

Yksinkertaiset ( monatomiset ) ionit sisältävät yhden atomiytimen .

Monimutkaiset ( polyatomic ) ionit sisältävät vähintään kaksi atomiydintä.

Radikaali- ionit eristetään erikseen  varautuneita vapaita radikaaleja . Radikaali-ionit puolestaan ​​jaetaan radikaalikationeihin ja radikaalianioneihin.

Radikaalikationit  ovat positiivisesti varautuneita hiukkasia, joissa on yksi pariton elektroni.

Radikaalianionit  ovat negatiivisesti varautuneita hiukkasia, joissa on yksi pariton elektroni [12]

Yksinkertaisten ionien rakenne

Yksinkertaiset ionit koostuvat yhdestä atomiytimestä ja elektroneista. Atomiydin koostuu protoneista ja neutroneista , jotka kantavat lähes koko (yli 99,9 %) ionin massan ja muodostavat sähkökentän , jota elektronit pitävät sisällään. Atomiytimen varaus määräytyy protonien lukumäärän mukaan, ja se on sama kuin elementin sarjanumero D. I. Mendelejevin jaksollisessa taulukossa .

Elektronit täyttävät atomiytimen ympärillä olevat elektronikerrokset. Elektronit, joilla on sama pääkvanttiluku n, muodostavat kvanttikerroksen samankokoisia elektronipilviä. Kerrokset, joissa n = 1,2,3,4… on merkitty kirjaimilla K, L, M, N… Kun etäisyys atomin ytimestä kasvaa, kerrosten kapasiteetti kasvaa ja n:n arvosta riippuen on 2 (kerros K), 8 (kerros L), 16 (kerros M), 32 (kerros N)… elektronia.

Poikkeuksena yleissääntöön on positiivinen vetyioni, joka ei sisällä elektroneja ja on alkuainehiukkanen  - protoni. Samaan aikaan negatiivinen vetyioni sisältää kaksi elektronia. Itse asiassa hydridi-ioni on yhden protonin ja kahden elektronin järjestelmä ja on isoelektroninen positiiviselle litiumionille, jolla on myös kaksi elektronia elektronikuoressa.

Elektronin liikkeen aaltoluonteesta johtuen ionilla ei ole tiukasti määriteltyjä rajoja. Siksi on mahdotonta määrittää tarkasti ionien kokoa. Ionin näennäinen säde riippuu siitä, mitä fysikaalista ominaisuutta tarkastellaan, ja se on erilainen eri ominaisuuksille. Yleensä sellaisia ​​ionisäteitä käytetään siten, että näiden kahden säteen summa on yhtä suuri kuin kiteen vierekkäisten ionien välinen tasapainoetäisyys. Tällaisen puoliempiirisen ionisäteiden taulukon on laatinut L. Pauling . [13]

Myöhemmin laadittiin uusi ionisäteiden järjestelmä G. B. Bokiyn kidekemiallisten tutkimusten perusteella yksinkertaisimpien binääriyhdisteiden rakenteista. [neljätoista]

Ionisointi

Atomit ja molekyylit voivat muuttua positiivisesti varautuneiksi ioneiksi menettämällä yhden tai useamman elektronin . Elektronin erottaminen atomista tai molekyylistä vaatii energiankulutusta, jota kutsutaan ionisaatioenergiaksi .

Positiivisesti varautuneita ioneja muodostuu myös lisäämällä protoni (vetyatomin positiivisesti varautunut ydin). Esimerkkinä ovat molekyylivetyioni , ammoniumioni , oniumyhdisteet .

Negatiivisesti varautuneita ioneja muodostuu lisäämällä elektroni atomiin tai molekyyliin. Elektronin lisäämiseen liittyy energian vapautuminen.

Positiivinen vetyioni (H + tai protoni, p) saadaan ionisoimalla vetyatomi . Tämän prosessin ionisaatioenergia on 13,595 eV .

Heliumatomin ionisaatioenergia on 24,581 eV ja 54,403 eV ja se vastaa ensimmäisen ja toisen elektronin irtoamista. Tuloksena olevaa heliumionia (He 2+ ) kutsutaan fysiikassa alfahiukkaseksi . Alfahiukkasten vapautumista havaitaan joidenkin atomiytimien, esimerkiksi 88Ra 226 :n, radioaktiivisen hajoamisen aikana .

Atomin ensimmäisen elektronin irtautumisenergialla on selvästi ilmaistu jaksollinen riippuvuus elementin järjestysluvusta.

Alkalimetallien alhaisten ionisaatioenergioiden vuoksi niiden atomit menettävät helposti ulkoelektroninsa joutuessaan alttiiksi valolle . Elektronin irtoaminen syntyy tässä tapauksessa metallin absorboimien valokvanttien energian vuoksi .

Muistiinpanot

  1. ↑ ioni | Määritelmä, kemia, esimerkit ja  tosiasiat . Encyclopedia Britannica . Haettu 9. syyskuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 20. lokakuuta 2020.
  2. ↑ KATIONIN määritelmä  . www.merriam-webster.com _ Haettu 6. lokakuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 6. lokakuuta 2021.
  3. ↑ ANIONin määritelmä  . www.merriam-webster.com _ Haettu 6. lokakuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 6. lokakuuta 2021.
  4. ↑ 1 2 Michael Faradayn kirjeenvaihto, osa. 2: 1832-1840  / Frank AJL James. - 1991. - s. 183. - ISBN 9780863412493 . Arkistoitu 14. huhtikuuta 2021 Wayback Machinessa
  5. ↑ Michael Faraday (1791-1867) . Iso- Britannia: BBC . Arkistoitu 25. elokuuta 2016 Wayback Machinessa
  6. ↑ Online-etymologinen sanakirja . Haettu 7. tammikuuta 2011. Arkistoitu alkuperäisestä 14. toukokuuta 2011.
  7. ↑ Kemian Nobelin palkinto 1903 . nobelprize.org . Haettu 22. maaliskuuta 2022. Arkistoitu alkuperäisestä 8. heinäkuuta 2018.
  8. ↑ Uusi Columbia Encyclopedia . – 4. - New York City: Columbia University , 1976. - S.  155 . - ISBN 978-0-231-03572-9 .
  9. ↑ Goetz, Philip W. The New Encyclopædia Britannica. - 15. - Chicago : Encyclopædia Britannica, Inc. , 1992. - Voi. 1. - s. 587. - ISBN 978-0-85229-553-3 .
  10. ↑ Tieteellisen elämäkerran sanakirja. - 1. - New York City: Charles Scribner's Sons , 1970. - S. 296-302. - ISBN 978-0-684-10112-5 .
  11. ↑ Kemiallinen nimikkeistö // Nuoren kemistin tietosanakirja . 2. painos / Comp. V. A. Kritsman, V. V. Stanzo. - M . : Pedagogia , 1990. - S. 161-164 . — ISBN 5-7155-0292-6 .
  12. ↑ Kemiallinen tietosanakirja. - Moskova: Neuvostoliiton tietosanakirja, 1983. - 792 s.
  13. ↑ Pauling L. Kemiallisen sidoksen luonne. - Moskova, Leningrad: Goshimizdat, 1947. - 440 s.
  14. ↑ G.B. Boky. Kristalli kemia. - Moskova: Moskovan valtionyliopisto, 1960.

Kirjallisuus

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat


Kirjallisuus