Смотреть что такое "ионы" в других словарях. Ионы - это атомы, несущие заряд Ионы положительные и отрицательные определение

Впервые термин "ион" был введен в 1834 году, в чем заслуга Майкла Фарадея. После изучения действия электрического тока на растворы солей, щелочей и кислот он пришел к выводу, что в них содержатся частицы, имеющие некий заряд. Катионами Фарадей назвал ионы, которые в электрическом поле двигались к катоду, имеющему отрицательный заряд. Анионы - отрицательно заряженные неэлементарные ионные частицы, которые в электрическом поле движутся к плюсу - аноду.

Данная терминология применяется и сейчас, а частицы изучаются далее, что позволяет рассматривать химическую реакцию как результат электростатического взаимодействия. Многие реакции протекают по этому принципу, что позволило понять их ход и подобрать катализаторы и ингибиторы для ускорения их протекания и для угнетения синтеза. Также стало известно, что многие вещества, особенно в растворах, всегда находятся в виде ионов.

Номенклатура и классификация ионов

Ионы - это заряженные атомы или группа атомов, которая в ходе химической реакции потеряла или приобрела электроны. Они составляют внешние слои атома и могут теряться из-за низкой силы притяжения ядра. Тогда результатом отсоединения электрона является положительный ион. Также если атом имеет сильный ядерный заряд и узкую электронную оболочку, ядро является акцептором дополнительных электронов. В результате этого образуется отрицательная ионная частица.

Сами ионы - это не только атомы с избыточной или недостаточной электронной оболочкой. Это может быть и группа атомов. В природе чаще всего существуют именно групповые ионы, которые присутствуют в растворах, биологических жидкостях тел организмов и в морской воде. Имеется огромное количество видов ионов, названия которых вполне традиционны. Катионы - это ионные частицы, заряженные положительно, а заряженные отрицательно ионы - это анионы. В зависимости от состава их называют по-разному. Например, катион натрия, катион цезия и другие. Анионы называются по-другому, так как чаще всего состоят из многих атомов: сульфат-анион, ортофосфат-анион и другие.

Механизм образования ионов

Химические элементы в составе соединений редко являются электрически нейтральными. То есть они почти никогда не находятся в состоянии атомов. В образовании ковалентной связи, которая считается самой распространенной, атомы также имеют некий заряд, а электронная плотность смещается вдоль связей внутри молекулы. Однако заряд иона здесь не формируется, потому как энергия ковалентной связи меньше, нежели энергия ионизации. Потому, несмотря на различную электроотрицательность, одни атомы не могут полностью притянуть электроны внешнего слоя других.

В ионных реакциях, где разница электроотрицательности между атомами достаточно большая, один атом может забирать электроны внешнего слоя у другого атома. Тогда созданная связь сильно поляризуется и разрывается. Затраченная на это энергия, которая создает заряд иона, называется энергией ионизации. Для каждого атома она различная и указывается в стандартных таблицах.

Ионизация возможна только в том случае, когда атом или группа атомов способен либо отдавать электроны, либо акцептировать их. Чаще всего это наблюдается в растворе и кристаллах солей. В кристаллической решетке также присутствуют почти неподвижные заряженные частицы, лишенные кинетической энергии. А поскольку в кристалле нет возможности для передвижения, то реакция ионов протекают чаще всего в растворах.

Ионы в физике и химии

Физики и химики активно изучают ионы по нескольким причинам. Во-первых, эти частицы присутствуют во всех известных агрегатных состояниях вещества. Во-вторых, энергию отрыва электронов от атома можно измерить, чтобы использовать это в практической деятельности. В-третьих, в кристаллах и растворах ионы ведут себя по-разному. И, в-четвертых, ионы позволяют проводить электрический ток, а физико-химические свойства растворов меняются в зависимости от концентраций ионов.

Ионные реакции в растворе

Сами растворы и кристаллы следует рассмотреть детальнее. В кристаллах солей существуют отдельно расположенные положительные ионы, к примеру, катионы натрия и отрицательные, анионы хлора. Структура кристалла удивительна: за счет сил электростатического притяжения и отталкивания ионы ориентируются особым образом. В случае с хлоридом натрия они образуют так называемую алмазную кристаллическую решетку. Здесь каждый натриевый катион окружен 6 хлоридными анионами. В свою очередь, каждый хлоридный анион окружает 6 анионов хлора. Из-за этого простая поваренная соль и в холодной и горячей воде растворяется почти с одинаковой скоростью.

В растворе тоже не существует цельной молекулы хлорида натрия. Каждый из ионов здесь окружается диполями воды и хаотично передвигается в ее толще. Наличие зарядов и электростатических взаимодействий приводит к тому, что солевые растворы воды замерзают при температуре чуть меньше нуля, а кипят при температуре выше 100 градусов. Более того, если в растворе присутствуют другие вещества, способные вступить в химическую связь, то реакция протекает не с участием молекул, а ионов. Это создало учение о стадийности химической реакции.

Те продукты, которые получаются в конце, не образуются сразу в ходе взаимодействия, а постепенно синтезируются из промежуточных продуктов. Изучение ионов позволило понять, что реакция протекает как раз по принципам электростатических взаимодействий. Их результатом является синтез ионов, которые электростатически взаимодействуют с другими ионами, создавая конечный равновесный продукт реакции.

Резюме

Такая частица, как ион, это электрически заряженный атом или группа атомов, которая получается в ходе потери или приобретения электронов. Самым простым ионом является водородный: если он теряет один электрон, то представляет собой лишь ядро с зарядом +1. Он обуславливает кислую среду растворов и сред, что важно для функционирования биологических систем и организмов.

Ионы могут иметь как положительные, так и отрицательные заряды. За счет этого в растворах каждая частица вступает в электростатическое взаимодействие с диполями воды, что также создает условия для жизни и передачи сигналов клетками. Более того, в ионные технологии развиваются дальше. К примеру, созданы ионные двигатели, которыми оснащалось уже 7 космических миссий NASA.

В конце XVIII в. английский ученый Г. Кавендиш обнаружил, что при растворении соли в воде электропроводность раствора повышается. Но лишь в 1884-1887 г. знаменитый шведский химик С. Аррениус сформулировал положения теории электролитической диссоциации, в которой объяснил это явление диссоциацией (распадением) молекул поваренной соли на ионы.

Атомы электронейтральны. Но если атом лишается одного или нескольких электронов, то он приобретает положительный заряд, и, наоборот, если атом присоединяет «лишние» электроны, он становится отрицательно заряженным.

Ионы - это заряженные частицы - атомы или группы химически связанных атомов - с недостатком (катионы) или избытком (анионы) электронов.

Ионы образуются в результате различных химических реакций, а также при растворении в полярных жидкостях, например воде, веществ с полярными связями (см. Химическая связь). Газы можно ионизировать, пропуская через них электроны с высокой энергией. Ионизированный газ называют плазмой.

Еще в 1913 г. методом дифракции (преломления) рентгеновских лучей при изучении кристаллической структуры поваренной соли было установлено, что в ее кристаллах нет отдельных молекул, а каждый ион Na + окружен 6 ионами Сl - . Подобным же образом каждый ион хлора окружен 6 ионами натрия.

Но если поваренная соль состоит из ионов, то почему она не проводит электрической ток в сухом виде? Оказывается, потому, что в твердом теле ионы не имеют свободы передвижения. Стоит разрушить кристаллическую решетку при растворении или плавлении соли, и ионы начнут двигаться к соответствующим электродам, в растворе появится электрический ток.

Свойства ионов значительно отличаются от свойств исходных атомов. Существуют сложные ионы, например гидроксильная группа ОН- или ион остатка серной кислоты SO 4 2- . Некоторые ионы весьма устойчивы и могут существовать в жидкой, газовой и твердой фазах. Другие, как, например, ион аммония NH 4 + или та же гидроксогруппа ОН - , могут существовать только в растворах и в свободном состоянии не существуют.

В зависимости от числа недостающих или избыточных электронов ионы разделяются на однозарядные, двухзарядные и т. д.

Атомы элементов I группы (главной подгруппы) периодической системы легко отдают по одному электрону, превращаясь в одновалентные положительно заряженные ионы. Элементы II группы отдают по два электрона, элементы III группы - по три. При электролизе положительно заряженные ионы движутся к катоду, поэтому их называют катионами. По той же причине отрицательно заряженные ионы, движущиеся к аноду, называются анионами.

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.

Ионы являются неотъемлемой частью атмосферы, которая окружает нас повсюду. В воздухе есть отрицательные и положительные ионы, между которыми существует определённый баланс. Отрицательные ионы (анионы) представляют собой атомы, несущие отрицательный электрический заряд. Они сформированы путем включения в атом одного или нескольких электронов, тем самым завершив свой энергетический уровень. Положительные ионы (катионы) наоборот сформированы путем потери одного или нескольких электронов.

Исследования, проведенные в начале этого века, показали, что воздух, в котором преобладают катионы (положительно заряженные ионы) негативно отражается на здоровье.

Если воздух сохраняет баланс (относительное равновесие) положительных и отрицательных ионов, то организм человека функционирует должным образом.

Сегодня в воздухе из-за загрязняющих веществ преобладают положительные ионы, которые могут негативно влиять на здоровье. Некоторые люди особенно чувствительны к такому дисбалансу. Катионы особенно влияют на дыхательную, нервную и гормональную систему.

Воздух, насыщенный отрицательными ионами находится в естественной среде – морской, лесной, воздух после грозы, возле водопада, после дождя. Таким образом, чистый природный воздух содержит больше полезных отрицательных ионов, в отличии от воздуха, которым мы дышим в помещениях, офисах, загазованных районах.

Альберт Крюгер (патологоанатом-бактериолог) проводил исследования на растениях, животных и пришел к выводу, что отрицательные ионы контролируют уровень серотонина в организме, успокаивают и не вызывают вредных последствий.

Отрицательные ионы являются очень ценными для нашей жизни, здоровья, т.к. они влияют на организм через дыхательную систему. Отрицательные ионы, как правило, присутствуют там, где мы чувствует себя хорошо, расслабленно, весело, легко…, т.к. тело насыщается кислородом, а дыхательная система надежна защищена от бактерий, пыли, вредных примесей.

Качество вдыхаемого кислорода

Реснички дыхательной системы задерживают грязь, пыль из воздуха и другие вещества, чтобы воздух доставлялся в легкие намного чище.

Электрохимической воздух — воздух с положительными ионами трудно усваивается, т.к. только отрицательный кислород имеет способность проникать через мембраны легких и поглощаться кровью.

Крошечные положительно заряженные частицы пыли и смога, чтобы привлечь отрицательно заряженные ионы образуют кластеры. Их вес, однако, становится настолько большим, что они не в состоянии оставаться в газообразном состоянии и опускаются на землю, т.е. удаляются из воздуха. Отрицательные ионы таким образом способствуют очищению воздуха, которым мы дышим.

Ионный дисбаланс воздуха

Виновником ионного дисбаланса является загрязнение химическими веществами. Ионный дисбаланс приводит к росту различных заболеваний: респираторные, аллергии, психические проблемы. Эксперты заявляют, что практически все удобства цивилизации производят вредные положительные ионы.

Положительные ионы оказывают негативное влияние на наше здоровье, и они преобладают, например, в закрытых помещениях, грязных улицах, перед грозой. Положительные ионы присутствуют там, где нам становится трудно дышать.

Автомобили, промышленный смог, синтетические волокна, передатчики, истощение озонового слоя, парниковый эффект, компьютерные мониторы, телевизоры, люминесцентные лампы, копировальные аппараты, лазерные принтеры и т.д. отрицательно влияют на баланс ионов в воздухе (увеличиваются катионы).

Сегодня правильный баланс ионов можно найти только в чистой местности на природе. Отрицательные ионы, которыми преобладает, например, морской воздух оказывают благотворное влияние на здоровье (). Отрицательные ионы по-другому можно назвать витаминами воздуха. Их число увеличивается в экологически чистой местности, например, водопад, море, лес. В этих местах легче дышится, тело расслабляется, отдыхает. В принципе, человек должен дышать воздухом с отрицательными ионами по меньшей мере 800 на см 3. В природе концентрация анионов достигает значений до 50 000 см 3. В то время как в городских помещениях преобладают катионы.

Тем не менее, именно в этих местах мы тратим большую часть своего времени. Чрезмерное преобладание положительно заряженных ионов в воздухе помещений способствует возникновению головной боли, нервозности, усталости (), повышению артериального давления, а у чувствительных людей они могут вызвать аллергию, депрессию.

Положительные ионы в жизни человека

Положительные ионы находятся там, где живет человек, т.е. в городах, закрытых помещениях, рядом с телевизором, компьютером и т.д. Дом человека наполнен различными синтетическими материалами, которые загрязняют воздух; современная техника, ЖК-мониторы, принтеры, люминесцентные лампы, телефоны, телевизоры, а также сигаретный дым, химические моющие средства () являются худшими врагами ионизации воздуха.

Отрицательные ионы в жизни человека

Они преобладают в основном с чистой сельской местности, после шторма, в пещерах, на вершинах гор, в лесу, на берегу моря, рядом с водопадом и др. экологически чистых районах.

Районы с самой высокой концентрацией отрицательных ионов используются в качестве климатического курорта. Отрицательные ионы положительно влияют на иммунную систему, психическое благополучие, улучшают настроение, успокаивают, устраняют бессонницу ().

Повышенные концентрации анионов положительно влияют на дыхательные пути, способствуют очищению легких (). Кроме этого, они увеличивают щелочность крови, способствуют ее очищению, ускоряют заживление ран, ожогов, ускоряют регенеративные способности клеток, улучшают обмен веществ, подавляют свободные радикалы, регулирует уровень серотонина (гормона счастья) и нейротрансмиттеров, таким образом, способствуя улучшению качества жизни.

Высокая концентрация отрицательных ионов обнаружена в соляных пещерах, альтернативу которых используют в санаториях для лечения хронических заболеваний органов дыхания.

В природе концентрация атмосферных ионов зависит от температуры, давления и влажности, но также от скорости и направления ветра, дождя и солнечной активности.

Было доказано, что среда, содержащая высокую концентрацию отрицательных ионов кислорода, уничтожает бактерии, и даже более низкие концентрации задерживают их рост.

Таким образом, воздух с отрицательными ионами можно использовать для ускорения заживления ран, лечения кожных заболеваний, ожогов, а также для лечения верхних дыхательных путей.

Значения отрицательных ионов в лесу достигает 1000 — 2 000 ионов / см3, Моравский карст пещеры до 40000 ионов / см3, в то время как городская среда содержит 100-200 ионов / см3.

Оптимальная концентрация для человека должна быть выше, чем 1 000 — 1 500 ионов / см3, для трудоголиков и людей, занятых умственным трудом оптимальное значение должно быть увеличено до 2 000 — 2 500 ионов / см3.

Как увеличить концентрацию отрицательных ионов?

Для увеличения концентрации отрицательных ионов сегодня существуют различные продукты, например, браслеты, часы, которые излучают анионы.

Кроме того, существуют соляные лампы, которые могут значительно улучшить воздух в домах. Их рекомендуется ставить рядом с компьютером, телевизором, кондиционером. Также можно приобрети кристалл Orgonite, либо ионизатор воздуха.