Что такое ион в физике. Общая и неорганическая химия. Механизм образования ионов

ИОНЫ (от греч. - идущий), одноатомные или многоатомные частицы, несущие электрич. заряд, напр. Н + , Li + , Аl 3+ , NH 4 + , F - , SO 4 2 - . Положительные ионы называют катионами (от греч. kation, буквально - идущий вниз), отрицательные - а н и о н а м и (от греч. anion, буквально идущий вверх). В своб. состоянии существуют в газовой фазе (в плазме). Положительные ионы в газовой фазе можно получить в результате отрыва одного или неск. электронов от нейтральных частиц при сильном нагреве газа , действии электрич. разряда, ионизирующих излучений и др. Поглощаемую при образовании однозарядного положит. иона энергию называют первым потенциалом ионизации (или первой энергией ионизации), для получения двухзарядного иона из однозарядного затрачивается вторая энергия ионизации и т. д. Отрицат. ионы образуются в газовой фазе при присоединении к частицам своб. электронов , причем нейтральные атомы могут присоединять не более одного электрона ; отрицат. многозарядные одноатомные ионы в индивидуальном состоянии не существуют. Выделяющаяся при присоединении электрона к нейтральной частице энергия наз. сродством к электрону . В газовой фазе ионы могут присоединять нейтральные молекулы и образовывать ионмолекулярные комплексы. См. также Ионы в газах . В конденсир. фазах ионы находятся в ионных кристаллич. решетках и ионных расплавах ; в р-рах электролитов имеются сольватир. ионы, образовавшиеся в результате электролитич. диссоциации растворенного в-ва. В конденсир. фазе ионы интенсивно взаимодействуют (связаны) с окружающими их частицами - ионами противоположного знака в кристаллах и в расплавах , с нейтральными молекулами - в р-рах. Взаимод. происходит по кулоновскому, ион-дипольному, донорно-акцепторному механизмам. В р-рах вокруг ионов образуются сольватные оболочки из связанных с ионами молекул р-рителя (см. Гидратация , Сольватация). Представление об ионах в кристаллах - удобная идеализир. модель, т.к. чисто ионной связи никогда не бывает, напр., в кристаллич. NaCl эффективные заряды атомов Na и Сl равны соотв. приблизительно +0,9 и -0,9. Св-ва ионов в конденсир. фазе значительно отличаются от св-в тех же ионов в газовой фазе. В р-рах существуют отрицательные двухзарядные одноатомные ионы . В конденсир. фазе имеется множество разл. многоатомных ионов - анионы кислородсодержащих к-т, напр. NO 3 - , SO 4 2 - , комплексные ионы, напр. 3+ , 2 - , кластерные ионы 2+ и др. (см. Кластеры), ионы полиэлектролитов и др. В р-ре ионы могут образовывать ионные пары . Термодинамич. характеристики - D H 0 обр, S 0 , D G 0 обр индивидуальных ионов известны точно только для ионов в газовой фазе. Для ионов в р-рах при эксперим. определении всегда получают сумму значений термодинамич. характеристик для катиона и аниона . Возможен теоретич. расчет термодинамич. величин индивидуальных ионов, но его точность пока меньше точности эксперим. определения суммарных значений, поэтому для практич. целей пользуются условными шкалами термодинамич. характеристик индивидуальных ионов в р-ре, причем обычно принимают величины термодинамич. характеристик Н + равными нулю. Осн. структурные характеристики ионов в конденсир. фазе -радиус и координац. число. Было предложено много разл. шкал радиусов одноатомных ионов. Часто используются т. наз. физ. радиусы ионов, найденные К. Шенноном (1969) по эксперим. данным о точках минимума электронной плотности в кристаллах . Координац. числа одноатомных ионов в осн. лежат в пределах 4-8. И оны участвуют во множестве разнообразных р-ций. Часто бывают катализаторами , промежут. частицами в хим. р-циях, напр., при гетеролитических реакциях . Обменные ионные р-ции в р-рах электролитов обычно протекают практически мгновенно. В электрич. поле ионы переносят электричество: катионы - к отрицат. электроду (катоду), анионы - к положительному (аноду); одновременно происходит перенос в-ва, к-рый играет важную роль в

Ионы ио́ны

(от греч. iōn - идущий), заряженные частицы, образующиеся из атома (молекулы) в результате потери или присоединения одного или нескольких электронов. В растворах положительно заряженные ионы называются катионами, отрицательно заряженные ионы - анионами. Термин предложен М. Фарадеем в 1834.

ИОНЫ

ИО́НЫ (от греч. ion - идущий), электрически заряженные частицы, образующиеся в результате потери или присоединения одного или нескольких электронов (см. ЭЛЕКТРОН (частица)) (или других заряженных частиц) к атому, молекуле, радикалу или другому иону. Положительно заряженные ионы называются катионами (см. КАТИОН) , отрицательно заряженные ионы - анионами (см. АНИОН) . Термин предложен М. Фарадеем (см. ФАРАДЕЙ Майкл) в 1834 г.
Ионы обозначают химическим символом с индексом, расположенным вверху справа. Индекс указывает знак и величину заряда, т. е. кратность иона, в единицах заряда электрона. При потере или приобретении атомом 1, 2, 3... электронов образуются, соответственно, одно-, двух- и трЕхзарядные ионы (см. Ионизация (см. ИОНИЗАЦИЯ) ), например Na + , Ca 2+ , Al 3+ , Cl - , SO 4 2- .
Атомные ионы обозначают также химическим символом элемента с римскими цифрами, указывающими кратность иона, в этом случае римские цифры являются спектроскопическими символами и их значение больше величины заряда на единицу, т. е. NI означает нейтральный атом N, обозначение иона NII означает однократно заряженный ион N + , NIII означает N 2+ .
Последовательность ионов различных химических элементов, содержащих одинаковое число электронов, образует изоэлектронный ряд.
Ионы могут входить в состав молекул веществ, образуя молекулы благодаря ионной связи (см. ИОННАЯ СВЯЗЬ) . В виде самостоятельных частиц, в несвязанном состоянии, ионы встречаются во всех агрегатных состояниях вещества - в газах (в частности, в атмосфере), в жидкостях (в расплавах и в растворах), в кристаллах. В жидкостях, в зависимости от природы растворителя и растворенного вещества, ионы могут существовать бесконечно долго, например, ион Na + в водном растворе поваренной соли NaCl. Соли в твердом состоянии обычно образуют ионные кристаллы (см. ИОННЫЕ КРИСТАЛЛЫ) . Кристаллическая решетка металлов состоит из положительно заряженных ионов, внутри которой находится «электронный газ». Энергия взаимодействия атомных ионов может быть вычислена с помощью различных приближенных методов, учитывающих межатомное взаимодействие (см. МЕЖАТОМНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ) .
Образование ионов происходит в процессе ионизации. Для удаления электрона из нейтрального атома или молекулы необходимо затратить определенную энергию, которая называется энергией ионизации. Энергия ионизации, отнесенная к заряду электрона, называется ионизационным потенциалом. Сродство к электрону - характеристика, противоположная энергии ионизации, и показывает величину энергии связи дополнительного электрона в отрицательном ионе.
Нейтральные атомы и молекулы ионизируются под действием квантов оптического излучения, рентгеновского и g-излучения, электрического поля при столкновении с другими атомами, частицами и т. д.
В газах ионы образуются в основном под действием ударов частиц большой энергии или при фотоионизации под действием ультрафиолетовых, рентгеновских и g-лучей (см. Ионизирующие излучения (см. ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ) ). Образовавшиеся таким путем ионы в обычных условиях недолговечны. При высокой температуре ионизация атомов и ионов (термическая ионизация, т. е. термическая диссоциация с отделением электрона) может происходить также как равновесный процесс (см. РАВНОВЕСНЫЙ ПРОЦЕСС) , в котором степень ионизации возрастает с повышением температуры и с понижением давления. Газ переходит при этом в состояние плазмы (см. ПЛАЗМА) .
Ионы в газах играют большую роль во многих явлениях. В природных условиях ионы образуются в воздухе под действием космических лучей, солнечного излучения или электрического разряда (молнии). Присутствие ионов, их вид и концентрация влияют на многие физические свойства воздуха, на его физиологическую активность.

Энциклопедический словарь . 2009 .

Смотреть что такое "ионы" в других словарях:

ИОНЫ - (от греч. ion идущий,странствующий), атомы или хим. радикалы, несущие электрические заряды. И с т о р и я. Как установил впервые Фарадей (Faraday), проведение электрического тока в растворах связано с передвижением материальных частиц, несущих… … Большая медицинская энциклопедия

ИОНЫ, электрически заряженные частицы, образующиеся из атома (молекулы) в результате потери или присоединения одного или нескольких электронов. Положительно заряженные ионы называются катионами, отрицательно заряженные ионы анионами … Современная энциклопедия

ионы - – электрически заряженные атомы или молекулы. Общая химия: учебник / А. В. Жолнин Ионы – электрически заряженные частицы, возникающие при потере или присоединении электронов атомами, молекулами и радикалами. Словарь по аналитической химии… … Химические термины

Продукты разложения какого либо тела при посредстве электролиза. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910 … Словарь иностранных слов русского языка

Ион (греч. ιόν «идущий») электрически заряженная частица (атом, молекула), образующаяся, обычно, в результате потери или присоединения одного или нескольких электронов атомами или молекулами. Заряд иона кратен заряду электрона. Понятие и… … Википедия

Ионы - (от греческого ion идущий) электрически заряженные частицы, образующиеся при потере или присоединении электронов (или других заряженных частиц) атомами или группами атомов (молекулы, радикалы и др.). Понятие и термин ионы ввел в 1834 г.… … Энциклопедический словарь по металлургии

- (от греч. идущий), одноатомные или многоатомные частицы, несущие электрич. заряд, напр. Н +, Li+, Аl3+, NH4+, F , SO42 . Положительные И. называют катионами (от греч. kation, буквально идущий вниз), отрицательные а н и о н а м и (от греч. anion,… … Химическая энциклопедия

- (от греч. ión идущий) электрически заряженные частицы, образующиеся при потере или присоединении электронов (или других заряженных частиц) атомами или группами атомов. Такими группами атомов могут быть молекулы, радикалы или другие И.… … Большая советская энциклопедия

ионы - физ. частицы, несущие положительный или отрицательный заряд. Положительно заряженные ионы несут меньше электронов, чем положено, а отрицательные больше … Универсальный дополнительный практический толковый словарь И. Мостицкого

- (физ.) По терминологии, введенной в учение об электричестве знаменитым Фарадеем, тело, подвергающееся разложению действием на него гальванического тока, называется электролитом, разложение таким путем электролизом, а продукты разложения ионами.… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Ион представляет собой электрически заряженную частицу. При этом ион может иметь как положительный электрический заряд , так и отрицательный. В первом случае его называют катионом , а во втором – анионом .

Ионом может быть атом, молекула или свободный радикал, если, конечно же, они имеют какой-либо заряд. Кстати заряд иона не может быть бесконечно мал, а частица, которой он представлен – элементарной.

Ионы также являются химически активными частицами, так что могут вступать в реакцию как с другими частицами (не заряженными), так и между собой.

Ионы, как самостоятельные частицы, встречаются практически везде. Они есть в атмосфере, в различных жидкостях, в твердых веществах и даже в межзвездном пространстве, где воздуха или какого-то вещества в принципе крайне мало.

История

Впервые понятие «ион» ввел известный ученый Майкл Фарадей в 1834 году. Изучая распространение электричества в различных средах, он предположил, что электрическая проводимость некоторых из них может быть вызвана наличием в этих средах и веществах неких электрически заряженных частиц. Вот он и назвал их ионами. Ученый также ввел понятия катионов и анионов. Так как положительные ионы движутся к отрицательно заряженному электроду – катоду, он назвал их катионами. Отрицательные же ионы двигаются наоборот – к аноду, значит они должны называться анионами.

Многоатомные частицы, несущие электрический заряд. Заряд иона кратен элементарному электрическому заряду и всегда целочисленный. Заряд одноатомного иона химического элемента по числу и знаку совпадает со степенью окисления этого элемента; заряд многоатомного иона равен алгебраической сумме степеней окисления элементов с учётом числа их атомов. Положительно заряженные ионы (например, К + , Са 2+ , ΝΗ + 4) называют катионами (от греческого κατιών - идущий вниз), отрицательно заряженные ионы (например, Сl - , SO 4 2- , СН 3 СОО -) - анионами (от греческого ανιών - идущий вверх). Процесс образования ионов называется ионизацией. Термины «ион», «катион» и «анион» ввёл в 1834 году М. Фарадей, изучавший действие электрического поля на водные растворы различных химических соединений. В постоянном электрическом поле катионы перемещаются к отрицательно заряженному электроду (катоду), анионы - к положительно заряженному электроду (аноду).

В виде самостоятельных частиц ионы могут существовать во всех агрегатных состояниях вещества: в газах (смотри Ионы в газах, Ионы в атмосфере), в кристаллах (смотри Ионные кристаллы), в плазме, в жидкостях - в расплавах (смотри Ионные жидкости) и в растворах (смотри Электролитическая диссоциация). Ионы являются структурными единицами химических соединений с ионной химической связью. Такие соединения в твёрдом состоянии, расплавах и растворах состоят из катионов и анионов; например, хлорид натрия NaCl - из катионов Na + и анионов Cl - , ацетат калия СН 3 СООК - из катионов К + и анионов СН3СОО - . Некоторые соединения с полярной ковалентной связью (например, хлороводород НСl) при растворении в воде и других полярных растворителях диссоциируют на ионы. В зависимости от природы растворителя и растворённого вещества, содержащиеся в растворах ионы, могут либо взаимодействовать с молекулами растворителя, в результате чего вокруг ионов формируются сольватные оболочки, либо находиться достаточно близко, образуя ионные пары.

Ионы образуются при отрыве электронов от атомов и молекул, находящихся в газовой фазе (при этом расходуется энергия ионизации), или в результате присоединения электронов к таким атомам и молекулам (энергия, затрачиваемая или высвобождающаяся при этом, - сродство атома или молекулы к электрону). К образованию ионов приводит также присоединение иона простого состава к нейтральной молекуле или другому иону. Например, при присоединении иона Н + к молекуле воды Н 2 О получается ион гидроксония Н 3 О + . Возможно образование ионов при разрушении молекул в результате термического или радиационного воздействия. При образовании иона всегда сохраняется суммарный первоначальный заряд участвующих в этом процессе частиц (если ионы образовались из нейтральных атомов или молекул, то суммарный заряд всех ионов равен нулю). Некоторые молекулы, находящиеся в растворах или кристаллах, оставаясь в целом электронейтральными, содержат в различных участках противоположно заряженные группы (смотри Цвиттер-ионы). Комплекс, состоящий из нескольких нейтральных атомов или молекул и ионов, - кластерный ион.

Химические реакции в растворе (или расплаве) с участием ионных соединений обусловлены перемещением ионов в этой среде и образованием ими новых нейтральных частиц или более сложных ионов. В живых организмах ионы участвуют в различных обменных процессах, регуляции мышечных сокращений, передаче нервных импульсов и т.д. (смотри, например, в статье Ионные насосы).

Лит.: Крестов Г. А. Термодинамика ионных процессов в растворах. Л., 1984.

Ион - одноатомная или многоатомная электрически заряженная частица вещества, образующаяся в результате потери или присоединения атомом в составе молекулы одного или нескольких электронов.

Заряд иона кратен заряду электрона. Понятие и термин «ион» ввел в 1834 году Майкл Фарадей, который, изучая действие электрического тока на водные растворы кислот, щелочей и солей, предположил, что электропроводность таких растворов обусловлена движением ионов. Положительно заряженные ионы, движущиеся в растворе к отрицательному полюсу (катоду), Фарадей назвал катионами , а отрицательно заряженные, движущиеся к положительному полюсу (аноду) - анионами .

Свойства ионов определяются:

1) знаком и величиной их заряда;
2) строением ионов, т. е. расположением электронов и прочностью их связей, причем особенно важны внешние электроны;
3) их размерами, определяемыми радиусом орбиты внешнего электрона.
4) прочностью электронной оболочки (деформируемостью ионов).

В виде самостоятельных частиц ионы встречаются во всех агрегатных состояниях вещества: в газах (в частности, в атмосфере), в жидкостях (в расплавах и растворах), в кристаллах и в плазме (в частности, в межзвездном пространстве).

Являясь химически активными частицами, ионы вступают в реакции с атомами, молекулами и между собой. В растворах ионы образуются в результате электролитической диссоциации и обусловливают свойства электролитов.

Число элементарных электрических зарядов у ионов в растворах почти всегда совпадает с валентностью данного атома или группы; газовые ионы могут иметь и другое число элементарных зарядов. Под влиянием достаточно энергичных воздействий (высокая температура, излучение высокой частоты, электроны большой скорости) могут образоваться положительные ионы с различным числом электронов, вплоть до голых ядер. Положительные ионы обозначаются знаком + (плюс) или точкой (например, Mg***,Аl +++), отрицательные знаком — (минус) или знаком" (Сl - , Br").Число знаков обозначает число избыточных элементарных зарядов. Чаще всего образуются ионы с устойчивыми внешними электронными оболочками, соответствующими оболочке благородных газов. Ионы, из которых построены кристаллы, и ионы, встречающиеся в растворах и растворителях с высокими диэлектрическими постоянными, принадлежат большей частью к этому типу, например щелочные и щелочноземельные металлы, галоиды и т. д. Впрочем встречаются и т. н. переходные ионы, у которых внешние оболочки содержат от 9 до 17 электронов; эти ионы могут переходить сравнительно легко в ионы другого типа и значности (например Fe - - , Си" и т.д.).

Химические и физические свойства

Химические и физические свойства ионов резко отличаются от свойств нейтральных атомов, напоминая во многих отношениях свойства атомов других элементов, имеющих тоже число электронов и ту же внешнюю электронную оболочку (напр. К" напоминает Ar, F"—Ne). Простые ионы, как показывает волновая механика, имеют сферическую форму. Размеры ионы характеризуются величиной их радиусов, которые могут быть определены эмпирически по данным рентгеновского анализа кристаллов (Гольдшмидт) или вычислены теоретически методами волновой механики (Паулииг) или статистики (Ферми). Результаты, полученные обоими методами, дают вполне удовлетворительное совпадение. Целый ряд свойств кристаллов и растворов определяется радиусами ионов, из которых они состоят; у кристаллов этими свойствами являются энергия кристаллической решетки и в значительной степени ее тип; в растворах ионов поляризуют и притягивают молекулы растворителя, образуя оболочки переменного состава, эта поляризация и прочность связи между ионов и молекулами растворителя определяются почти исключительно радиусами и зарядами ионов. Насколько вообще сильно действие поля ионов на молекулы растворителя, показывают вычисления Цвикки, который нашел, что молекулы воды находятся вблизи ионов под давлением порядка 50.000 атм. Прочность(деформируемость) внешней электронной оболочки зависит от степени связанности внешних электронов и обусловливает главным образом оптические свойства ионов (цветность, рефракция). Впрочем цветность ионов связана также и с образованием ионов различных соединений с молекулами растворителя. Теоретические вычисления эффектов, связанных с деформацией электронных оболочек, более затруднительны и менее наделены, чем вычисления сил взаимодействия между ионами. Причины образования ионов в растворах точно неизвестны; наиболее правдоподобно мнение, что молекулы растворимых веществ разрываются на ионы молекулярным нолем растворителя; гетерополярные, т. е. построенные из ионов кристаллы дают повидимому при растворении сразу ионы. Значение молекулярного поля растворителя подтверждается как будто параллелизмом между величиной диэлектрической постоянной растворителя, являющейся приблизительным мерилом напряжения его молекулярного поля, и степенью диссоциации (правило Нернста-Томсона, экспериментально подтвержденное Вальденом). Однако ионизация происходит и в веществах с малыми диэлектрическими постоянными, но здесь растворяются преимущественно электролиты, дающие комплексные ионны. Комплексы образуются иногда из ионов растворяющегося вещества, иногда растворитель также принимает участие в их образовании. Для веществ с малыми диэлектрическими постоянными характерно также образование комплексных ионов при прибавлении не электролитов, например (С 2 Н 5)0Вг 3 дает при смешении с хлороформом проводящую
систему. Внешним признаком образования комплексных ионов служит т. н. аномальная электропроводность, при которой график, изображающий зависимость молярной электропроводности от разведения, дает максимум в области концентрированных растворов и минимум—при дальнейшем разведении.

Номенклатура Согласно химической номенклатуре, название катиона, состоящего из одного атома совпадает с названием элемента, например, Na + называется натрий-ионом, иногда добавляют в скобках заряд, например, название катиона Fe 2+ - железо(II)-ион. Название состоит из одного атома аниона образуется из корня латинского названия элемента и суффикса «-ид/-ид », например, F - называется фторид-ионом.