Jony są naładowane atomami i grupami atomowymi. Pojęcie reakcji jonowych i ładunku jonowego

Po raz pierwszy termin "jon" został wprowadzony w 1834 roku, w którym zasługę Michaela Faradaya. Po zbadaniu wpływu prądu elektrycznego na roztwory soli, zasad i kwasów, doszedł do wniosku, że zawierają one cząstki, które mają pewien ładunek. Kationy Faradaya zwane jonami, które w polu elektrycznym przeniosły się na katodę, która ma ładunek ujemny. Aniony są naładowanymi ujemnie nie elementarnymi cząstkami jonowymi, które w polu elektrycznym przesuwają się w kierunku anody dodatniej.

Ta terminologia jest teraz używana, a cząstki są dalej badane, co pozwala nam uwzględnić reakcję chemiczną w wyniku oddziaływania elektrostatycznego. Wiele reakcji przebiega zgodnie z tą zasadą, co pozwoliło zrozumieć ich przebieg i wybrać katalizatory i inhibitory, aby przyspieszyć ich przebieg i zahamować syntezę. Stało się również wiadome, że wiele substancji, zwłaszcza w roztworach, ma zawsze postać jonów.

Nomenklatura i klasyfikacja jonów

Jony są naładowanymi atomami lub grupą atomów, które utraciły lub nabyły elektrony podczas reakcji chemicznej. Stanowią one zewnętrzne warstwy atomu i mogą zostać utracone z powodu niskiej siły grawitacji jądra. Następnie wynikiem odłączenia elektronu jest jon dodatni. Ponadto, jeśli atom ma silny ładunek jądrowy i wąską powłokę elektronową, jądro jest akceptorem dodatkowych elektronów. W rezultacie powstaje ujemna cząstka jonowa.

Same jony to nie tylko atomy z nadmiarem lub niedostateczną powłoką elektronową. Może to być grupa atomów. W przyrodzie najczęściej występują właśnie jony grupowe obecne w roztworach, płynach biologicznych organizmów organizmów oraz w wodzie morskiej. Istnieje ogromna liczba rodzajów jonów, których nazwy są dość tradycyjne. Kationy to cząstki jonowe naładowane dodatnio, a jony ujemnie naładowane to aniony. W zależności od kompozycji nazywa się je inaczej. Na przykład kation sodu, kation cezu i inne. Aniony nazywane są inaczej, ponieważ najczęściej składają się z wielu atomów: anion siarczanowy, anion fosforanowy i inne.

Mechanizm tworzenia jonów

Pierwiastki chemiczne w związkach rzadko są elektrycznie obojętne. Oznacza to, że prawie nigdy nie są w stanie atomów. W edukacji wiązanie kowalencyjne, który jest uważany za najbardziej powszechny, atomy również mają pewien ładunek, a gęstość elektronów przesuwa się wzdłuż wiązań wewnątrz cząsteczki. Jednak ładunek jonów nie tworzy się tutaj, ponieważ energia wiązania kowalencyjnego jest mniejsza niż energia jonizacji. Dlatego, pomimo różnej elektroujemności, niektóre atomy nie mogą całkowicie przyciągać elektronów zewnętrznej warstwy innych.

W reakcjach jonowych, gdzie różnica w elektroujemności między atomami jest wystarczająco duża, jeden atom może przyjąć elektrony warstwy zewnętrznej z innego atomu. Następnie utworzone łącze jest silnie spolaryzowane i zepsute. Energia zużyta na to, co tworzy ładunek jonowy, nazywana jest energią jonizacji. Dla każdego atomu jest inny i jest wskazany w standardowych tabelach.

Jonizacja jest możliwa tylko w przypadku, gdy atom lub grupa atomów jest zdolna do oddania elektronów lub ich przyjęcia. Najczęściej obserwuje się to w roztworze i kryształach soli. Sieć krystaliczna zawiera również prawie nieruchome naładowane cząstki, pozbawione energia kinetyczna. A ponieważ nie ma możliwości ruchu w krysztale, reakcja jonów występuje najczęściej w roztworach.

Jony w fizyce i chemii

Fizycy i chemicy aktywnie badają jony z kilku powodów. Po pierwsze, te cząstki są obecne we wszystkich znanych agregacyjne stany materii. Po drugie, energię oddzielania elektronów od atomu można zmierzyć, aby wykorzystać ją w praktycznych działaniach. Po trzecie, w kryształach i roztworach jony zachowują się inaczej. Po czwarte, jony umożliwiają przewodzenie prądu elektrycznego, a właściwości fizykochemiczne roztworów zmieniają się w zależności od stężenia jonów.

Reakcje jonowe w roztworze

Roztwory i kryształy należy rozważyć bardziej szczegółowo. W kryształach soli znajdują się oddzielnie jony dodatnie, na przykład kationy sodu i ujemne aniony chloru. Struktura krystaliczna jest niesamowita: ze względu na siły przyciągania elektrostatycznego i odpychania jony są ukierunkowane w specjalny sposób. W przypadku chlorek sodu tworzą tak zwaną diamentową sieć krystaliczną. Tutaj każdy kation sodowy jest otoczony przez 6 anionów chlorkowych. Z kolei każdy anion chlorkowy otacza 6 anionów chloru. Z tego powodu jest to proste sól aw zimnej i ciepłej wodzie rozpuszcza się prawie z tą samą prędkością.

W roztworze nie ma również stałej cząsteczki chlorku sodu. Każdy z obecnych tutaj jonów otoczony jest dipolami wody i chaotycznie porusza się w swojej grubości. Obecność ładunków i oddziaływań elektrostatycznych prowadzi do tego, że roztwory słonej wody zamarzają w temperaturze nieco mniejszej niż zero i wrzącą w temperaturze powyżej 100 stopni. Ponadto, jeśli w roztworze znajdują się inne substancje, które mogą wchodzić w wiązanie chemiczne, wówczas reakcja nie zachodzi z udziałem cząsteczek, ale jonów. To stworzyło doktrynę inscenizacji reakcji chemicznej.

Te produkty, które są otrzymywane na końcu, nie powstają natychmiast podczas interakcji, ale są stopniowo syntetyzowane z produktów pośrednich. Badanie jonów pozwoliło zrozumieć, że reakcja przebiega dokładnie zgodnie z zasadami oddziaływania elektrostatycznego. Ich wynikiem jest synteza jonów, które wchodzą w interakcje elektrostatyczne z innymi jonami, tworząc końcowy produkt reakcji równowagowej.

Podsumowanie

Taka cząstka jak jon to naładowany elektrycznie atom lub grupa atomów, którą uzyskuje się podczas utraty lub pozyskiwania elektronów. Najprostszym jonem jest wodór: jeśli traci jeden elektron, jest to tylko jądro o ładunku +1. Powoduje kwaśne środowisko roztworów i pożywek, co jest ważne dla funkcjonowania systemów biologicznych i organizmów.

Jony mogą mieć zarówno ładunki dodatnie, jak i ujemne. Dzięki temu w roztworach każda cząstka wchodzi w interakcje elektrostatyczne z dipolami wody, co również stwarza warunki dla życia i przekazywania sygnału przez komórki. Ponadto w technologii jonowej ewoluuje dalej. Na przykład stworzono silniki jonowe, które już wyposażone w 7 misji kosmicznych NASA.