Что такое ион в химии? (Катионы и анионы. Электрохимия. Энтальпия и энтропия связи)

Ион - это атом или молекула с положительным или отрицательным электрическим зарядом. Ион имеет заряд, потому что число протонов не равно числу электронов; чтобы узнать количество протонов и электронов, ознакомьтесь с этой статьей. Это неравенство возникает при добавлении или удалении электронов из атома; они могут быть удалены из нейтральных молекул с помощью химических процессов или путем разрыва ковалентных связей, поэтому распределение электронов неравномерно. Примером может служить реакция атома натрия с атомом хлора, в результате которой образуется положительный катион натрия и отрицательный хлорид-анион.

Если в атоме больше протонов, он становится положительно заряженным ионом или катионом. С другой стороны, если электронов больше, то это отрицательно заряженный ион или анион. Поскольку противоположные заряды притягиваются друг к другу, катионы и анионы обычно взаимодействуют, образуя ионные соединения.

Один заряженный атом считается одноатомным ионом, в то время как два или более атома образуют многоатомный ион.

Химическая формула иона
Суммарный заряд молекулы записывается в виде надстрочного знака после химического названия / структуры. Число стоит перед знаком заряда; катион с зарядом должен быть записан как 3+ вместо +3. Кроме того, если имеется единичный заряд, независимо от того, является ли он катионом или анионом, нет необходимости писать число; просто напишите знак, указывающий на положительный или отрицательный заряд. Иногда химики выписывают ионы с их зарядами римскими цифрами; это обозначает, в какой степени окисления находится ион. Например, железо может быть записано как Fe(II), чтобы обозначить, что это Fe 2+. Это можно использовать для одноатомных ионов, а не для многоатомных ионов.

Характеристики ионов
В своем газообразном состоянии ионы могут вступать в высокую и быструю реакцию с ионами противоположного заряда. С другой стороны, они также могут находиться в жидком или твердом состоянии в виде сольватированных ионов; это происходит, когда соли и растворители взаимодействуют друг с другом, такие как хлорид натрия и вода. Эти ионы более стабильны, потому что они взаимодействуют с растворителем, что снижает необходимость отталкивания; это изменило их энергию и энтропию.

В зависимости от того, является ли атом катионом или анионом, он имеет разницу в размерах по сравнению с родительской молекулой; это связано с электронами и их энергией отталкивания. В катионе меньше электронов, чем в родительском атоме, поэтому энергия отталкивания меньше, и электроны удерживаются ближе к ядру. В анионе больше электронов, чем в родительском атоме, поэтому энергия отталкивания больше, и электроны более слабо связаны с ядром. Следовательно, катион меньше, чем его родительский атом, в то время как анион больше, чем его родительский атом.

Применение ионов
При использовании высокого напряжения или температуры ионы действительно могут быть получены с использованием ионных источников. Это происходит во многих научных приборах и устройствах, таких как масс-спектрометры, ионные имплантанты, оптические эмиссионные спектрометры и ускорители частиц.

Эти заряженные частицы служат важным целям, помимо научных приборов; они также играют важную роль в бытовых предметах, таких как детекторы дыма и очистители воздуха. Ионы могут очищать воздух, разрушая и нейтрализуя микробы в воздухе.

При обнаружении излучения использовался ионизирующий эффект газа; например, в рентгеновских лучах ионная пара, состоящая из положительного иона и свободного электрона, образуется при излучении молекул газа. Приборы, используемые для обнаружения ионной пары, имеют отсек, называемый ионизационной камерой, который собирает все заряды, созданные с помощью электрического поля.