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.

Электрохимия. Электролиз. Гальванические элементы

Химическая термодинамика, система, энтальпия

Сколько времени займёт реакция? Что влияет на скорость реакции?

Равновесие обратимых реакций. Принцип Ле Шателье. Влияние внешних факторов на равновесие

Мера беспорядка, энергия вселенной, свободная энергия Гиббса

Основные классы химических соединений. Классификация

Ион - это заряженная частица, образованная из молекулы или атома путём потери или приобретения одного электрона. Отсюда следует, что в ионе количество протонов не равно количеству электронов. После изучения статьи Вы узнаете, какими бывают заряженные частицы, что такое ионы, катионы и анионы, также Вы сможете по номеру элемента узнать, каким зарядом он может обладать.

Число электронов в ионе

Количество электронов в нейтральном атоме равно количеству протонов в ядре, например, у хрома (24 Cr) 24 протона, соответствено, вокруг ядра вращается 24 электрона. Как было рассказано в статье , каждый электрон двигается по некой орбитали, то есть обладает заданным количеством энергии.

Если ион образован из-за потери электрона, то заряд иона становится положительным (электрон имеет отрицательный заряд), схема для запоминания:

24 Cr - e - = 24 Cr + e + = 24 Cr +
24 Cr - 3e - = 24 Cr + 3e + = 24 Cr 3+

Аналогично при присоединении электрона:

24 Cr + e - = 24 Cr - e + = 24 Cr -
24 Cr + 3e - = 24 Cr - 3e + = 24 Cr 3-

Энергия ионизации

Если электрону сообщить достаточное количество энергии, то электрон "оторвётся" от атома. Чем ближе электрон к ядру - тем сложнее его отрывать, а значит, больше энергии необходимо передать. Энергия, необходимая для отрыва электрона, называется энергией ионизации или ионизационный потенциал (I). Значения I затабулированы и могут быть найдены в различных справочниках.

Энергия сродства электрону

Также электроны могут присоединяться к атому, в процессе присоединения электрон выделяет энергию, такая энергия называется энергией сродства электрону , для каждого электрона конкретного атома энергия сродства численно равна и противоположна по знаку энергии ионизации, например, 17 Cl, что бы оторвать 17й электрон у атома хлора, необходимо сообщить ему 13 эВ, любой другой электрон, который присоединится на место 17го электрона также выделит 13 эВ.

Катионы и анионы

Атомы, в которых количество протонов не равно количеству электронов называются ионами, поскольку электрон имеет отрицательный заряд, то если электронов больше протонов, то суммарный заряд отрицательный: S 2- означает, что в данном атоме серы количество электронов больше чем протонов на два электрона. Соответственно, если электронов меньше чем протонов, то суммарный заряд положительный и обозначается H + . Отрицательно заряженные атомы называются анионами , положительно заряженные атомы - катионами .

Какой заряд будет у атома?

Теоретически возможно отобрать все электроны у атома, но это возможно только в лабораторных условиях и за пределами лаборатории атомы в таком состоянии находиться не будут, почему?

Вернёмся к устройству электронной оболочки. Вокруг атома электроны сгруппированы по энергетическим уровням, каждый заполненный уровень экранирует ядро и является более стабильным, нежели не до конца заполненный уровень. То есть электронная конфигурация стремиться к состоянию заполненного подуровня: если на p-оболочке находится 5 электронов, то вероятнее атом примет один электрон, нежели отдаст пять. Так, например, у атома хлора, пять электронов на 3p-подуровне, энергия сродства хлора - 3.61 эВ, энергия ионизации - 13 эВ. У натрия на последнем подуровне один электрон, энергия сродства - 0,78 эВ, потенциал ионизации - 0,49 эВ, поэтому вероятнее натрий отдаст один электрон, нежели примет его.

Зная потенциал ионизации и энергию сродства мы можем сделать предположение о взаимодействии веществ. Если смешать натрий и хлор, и сообщить им энергию, то вероятнее всего Na будет отдавать один электрон Cl и в результате получится смесь ионов Na + и Cl - .

Пример

Так можно по номеру элемента предположить, какой заряд он будет иметь, например, 19й элемент, электронная конфигурация - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 , вероятнее всего, такой элемент может либо отдать, либо принять один электрон. У 27го элемента электронная конфигурация выглядит так: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 7 , у d-подуровня всего может быть 10 атомов, т.е. либо атом примет 1,2 или 3 электрона, либо отдаст 1,2,3...7 электронов, так, вероятнее, он примет 3, т.е. возможные состояния - это +1, +2 и +3,

Теперь Вы знаете, что такое ионы, осталось изучить химическую связи и Вы сможете составлять окислительно-восстановительные реакции!