«Ионы»

(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. Вещество, выделяющееся на аноде (положительном полюсе батареи), названо анион, выделяющееся на катоде (отрицательном полюсе) — катион. Так, при разложении воды гальваническим током, ее составные части, кислород и водород, суть И., а именно кислород — анион, водород — катион, Подробнее см. Гальванопроводность, Электролиз.

Ф. П.

(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. Понятие и термин «И.» ввёл в 1834 М. Фарадей, который, изучая действие электрического тока на водные растворы кислот, щелочей и солей, предположил, что электропроводность таких растворов обусловлена движением И. Положительно заряженные И., движущиеся в растворе к отрицательному полюсу (катоду), Фарадей назвал катионами, а отрицательно заряженные, движущиеся к положительному полюсу (аноду), — анионами.

Знак заряда И. обозначают соответственно знаками плюс или минус. Величина заряда И. кратна заряду электрона: при потере или приобретении атомом 1, 2, 3... электронов образуются, соответственно, одно-, двух- и трёхзарядные И. (см. Ионизация), например Na⁺, Ca²⁺, Al³⁺, Cl^—, SO₄^2—. И. могут входить в состав молекул веществ (см. Ионная связь). В виде самостоятельных частиц они встречаются во всех агрегатных состояниях вещества — в газах (в частности, в атмосфере), в жидкостях (в расплавах и в растворах), в кристаллах (см. Ионные кристаллы).

В газах И. образуются большей частью под действием ударов частиц большой энергии или при фотоионизации под действием ультрафиолетовых, рентгеновских и гамма-лучей (см. Ионизирующие излучения). Образовавшиеся таким путём И. в обычных условиях недолговечны вследствие способности соединяться, взаимно нейтрализуясь. При высокой температуре ионизация атомов и ионов (термическая ионизация, т. е. термическая диссоциация с отделением электрона) может происходить также как равновесный процесс, в котором степень ионизации возрастает с повышением температуры и с понижением давления. Газ переходит при этом в состояние плазмы (См. Плазма).

И. в газах играют большую роль во многих явлениях. В природных условиях И. образуются в воздухе под действием космических лучей, солнечного излучения или электрического разряда (молнии). Присутствие И., их вид и концентрация влияют на многие физические свойства Воздуха, на его физиологическую активность (см. Ионы в атмосфере). На использовании И. основаны многие методы экспериментального исследования (Масс-спектроскопия, применение Вильсона камеры (См. Вильсона камера) и др.). И. в газах обладают высокой химической активностью, легко вступая во взаимодействие с другими частицами и вызывая те или иные химические реакции. Низкотемпературная плазма, состоящая из ионизированных частиц, используется в работе магнитогидродинамических генераторов. Высокотемпературная плазма — при разработке методов осуществления управляемой термоядерной реакции.

И. в растворах см. Электролит (См. Электролиты), Электролитическая диссоциация, И. в кристаллах см. Кристаллохимия.

В. А. Киреев.

И. в организме — непременные участники обмена веществ. Они, в частности, участвуют в механизмах, обусловливающих проницаемость биологических мембран (См. Биологические мембраны), в регуляции мышечного сокращения, в проведении импульса возбуждения по нервному волокну и т. д. Постоянно протекающая диссоциация молекул на И. и противоположный процесс — ассоциация И. в молекулы — так сбалансированы в организме, что содержание И. в клетках и тканевых жидкостях в норме поддерживается на определённом уровне (см. Гомеостаз). Однако при некоторых воздействиях этот уровень может сдвигаться.

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.

(от греч. - идущий), одноатомные или многоатомные частицы, несущие электрич. заряд, напр. Н ⁺, Li⁺, Аl³⁺, NH₄⁺, F^-, SO₄^2-. Положительные И. 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 И. 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. И. энергию называют первым потенциалом ионизации (или первой энергией ионизации), для получения двухзарядного И. из однозарядного затрачивается вторая энергия ионизации и т. д. Отрицат. И. образуются в газовой фазе при присоединении к частицам своб. электронов, причем нейтральные атомы могут присоединять не более одного электрона; отрицат. многозарядные одноатомные И. в индивидуальном состоянии не существуют. Выделяющаяся при присоединении электрона к нейтральной частице энергия наз. сродством к электрону. В газовой фазе И. могут присоединять нейтральные молекулы и образовывать ионмолекулярные комплексы. См. также Ионы в газах. В конденсир. фазах И. находятся в ионных кристаллич. решетках и ионных расплавах; в р-рах электролитов имеются сольватир. И., образовавшиеся в результате электролитич. диссоциации растворенного в-ва. В конденсир. фазе И. интенсивно взаимодействуют (связаны) с окружающими их частицами - И. 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 И. образуются сольватные оболочки из связанных с И. молекул р-рителя (см. Гидратация, Сольватация). Представление об И. 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 Ч0,9. Св-ва И. в конденсир. фазе значительно отличаются от св-в тех же И. в газовой фазе. В р-рах существуют отрицательные двухзарядные одноатомные И. В конденсир. фазе имеется множество разл. многоатомных И. - анионы кислородсодержащих к-т, напр. NO₃^-, SO₄^2-, комплексные И., напр. [Co(NH₃)₆]³⁺, [PtCl₆]^2-, кластерные И. [Nb₆Cl₁₂]²⁺ и др. (см. Кластеры), И. полиэлектролитов и др. В р-ре И. могут образовывать ионные пары. Термодинамич. характеристики - DH⁰ _обр, S⁰, DG⁰ _обр индивидуальных И. известны точно только для И. в газовой фазе. Для И. в р-рах при эксперим. определении всегда получают сумму значений термодинамич. характеристик для катиона и аниона. Возможен теоретич. расчет термодинамич. величин индивидуальных И., но его точность пока меньше точности эксперим. определения суммарных значений, поэтому для практич. целей пользуются условными шкалами термодинамич. характеристик индивидуальных И. в р-ре, причем обычно принимают величины термодинамич. характеристик Н ⁺ равными нулю. Осн. структурные характеристики И. в конденсир. фазе -радиус и координац. число. Было предложено много разл. шкал радиусов одноатомных И. Часто используются т. наз. физ. радиусы ионов, найденные К. Шенноном (1969) по эксперим. данным о точках минимума электронной плотности в кристаллах. Координац. числа одноатомных И. в осн. лежат в пределах 4-8. И. 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 И. переносят электричество: катионы - к отрицат. электроду (катоду), анионы - к положительному (аноду); одновременно происходит перенос в-ва, к-рый играет важную роль в электролизе, при ионном обмене и др. процессах. И. играют важную роль в геохим. процессах, хим. технологии, а также в процессах в живом организме (напр., функционирование биол. мембран, проводимость нервных импульсов, физ.-хим. св-ва белков и т. п.) и др. Об орг. ионах см. Карбкатионы и Карбанионы. См. также Аммоний-катионы, Гидрид-ион, Гидроксид-анион, Гидроксоний-ион, Протон и др. Лит.: Современная кристаллография, т. 2, М., 1979; Смирнов Б. М., Комплексные ионы, М., 1983; Крестов Г. А., Термодинамика ионных процессов в растворах, 2 изд., Л., 1984; Киперт Д., Неорганическая стереохимия, пер. с англ., М., 1985. С. И. Дракин.

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.

* * *

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⁺, Ca²⁺, Al³⁺, Cl^-, SO₄^2-.

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 N²⁺.

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.

(от греч. ion - идущий) - электрически заряж. атомы или группы атомов, образующиеся при потере или присоединении электронов (или др. заряж. частиц) атомами или группами атомов. Делятся на 2 типа: катионы (положительно заряж.), например Ре²⁺, Fe³⁺, NH⁺₄, и анионы(отрицательно заряж.), например С1^-, СО^2-₃. В виде самостоят. частиц И. встречаются во всех агрегатных состояниях в-ва - в газах (в частности, в атмосфере), в жидкостях (в расплавах и р-рах), в кристаллах (ионные кристаллы, например Na⁺Cl^-). См. Ионизация.

(от греч. идущий), заряж. частицы, образующиеся из атома (молекулы) в результате потери или присоединения одного или неск. электронов. В р-рах положительно заряж. И. наз. катионами, отрицательно заряж. И.- анионами. Термин предложен М. Фарадеем в 1834.