Просмотр кода страницы Ион

{{другие значения}}
'''Ио́н''' (от {{lang-grc|[[wikt:ἰόν|ἰόν]]}} «идущее») — [[атом]] или соединение нескольких атомов, которое имеет положительный или отрицательный заряд.

В виде самостоятельных частиц ионы встречаются во всех [[Агрегатное состояние|агрегатных состояниях вещества]]: в [[газ]]ах (в частности, в [[Атмосфера Земли|атмосфере]]), в [[жидкость|жидкостях]] (в [[расплавы|расплавах]] и [[раствор]]ах), в [[кристалл]]ах и в [[плазма|плазме]] (в частности, в [[Межзвёздная среда|межзвёздном пространстве]]).

Атом может состоять из протонов, нейтронов и электронов. Положительно (+) заряженной частица (атом, молекула) называется тогда, когда количество протонов (p<sup>+</sup>) в атоме превышает количество в его составе электронов (e<sup>−</sup>): + > −. Такая частица называется '''катионом'''<ref>{{Cite web|title=Definition of CATION|url=https://www.merriam-webster.com/dictionary/cation|access-date=2021-10-06|website=www.merriam-webster.com|language=en|archive-date=2021-10-06|archive-url=https://web.archive.org/web/20211006215047/https://www.merriam-webster.com/dictionary/cation|deadlink=no}}</ref>. Отрицательно (−) заряженной частица (атом, молекула) называется тогда, когда количество электронов (e<sup>−</sup>) в атоме превышает количество в его составе протонов (p<sup>+</sup>): + < −. Такая частица называется '''анионом'''<ref>{{Cite web|title=Definition of ANION|url=https://www.merriam-webster.com/dictionary/anion|access-date=2021-10-06|website=www.merriam-webster.com|language=en|archive-date=2021-10-06|archive-url=https://web.archive.org/web/20211006215049/https://www.merriam-webster.com/dictionary/anion|deadlink=no}}</ref>. Для сложных молекул, например [[Аминокислоты|аминокислот]] или [[Белки|белков]], возможно присутствие большого числа ионных групп, часто пространственно-разделённых. В случае, когда количество протонов и электронов равно друг другу, частицу принято считать '''нейтральной''' (катион, он же, протоион = 1(-): 169(+)). Противоположные электрические заряды притягиваются друг к другу [[Закон Кулона|электростатической силой]], поэтому катионы и анионы притягиваются друг к другу и легко образуют химические соединения с [[Ионная связь|ионной связью]].

[[Файл:WHAM survey.png|thumb|right|Распространение ионизованного [[водород]]а в [[Межзвёздная среда|межзвёздной среде]] в различных частях нашей [[Галактика|Галактики]]. Изображение в диапазоне [[H-альфа]].]]

== Описание ==
Понятие и термин «ион» (по предложению английского историка науки [[Уэвелл, Уильям|Уильяма Уэвелла]])<ref name=whewell>{{cite book |url=https://books.google.com/books?id=9lknVoNGj30C&q=The%20Correspondence%20of%20Michael%20Faraday%20whewell&pg=PA183 |title=The Correspondence of Michael Faraday, Vol. 2: 1832-1840 |year=1991 |editor=Frank A. J. L. James |isbn=9780863412493 |page=183 }} {{Cite web |url=https://books.google.com/books?id=9lknVoNGj30C&q=The%20Correspondence%20of%20Michael%20Faraday%20whewell&pg=PA183 |title=Источник |access-date=2022-03-22 |archive-date=2021-04-14 |archive-url=https://web.archive.org/web/20210414164907/https://books.google.com/books?id=9lknVoNGj30C&q=The%20Correspondence%20of%20Michael%20Faraday%20whewell&pg=PA183 |deadlink=unfit }}</ref> ввёл в [[1834 год]]у [[Фарадей, Майкл|Майкл Фарадей]], который, изучая действие [[электрический ток|электрического тока]] на водные [[раствор]]ы [[кислота|кислот]], [[щёлочи|щелочей]] и [[соли|солей]], предположил, что [[электропроводность]] таких растворов обусловлена движением ионов<ref>{{cite video | url=https://www.bbc.co.uk/history/historic_figures/faraday_michael.shtml | title=Michael Faraday (1791-1867) | publisher=[[BBC]] | location=UK | access-date=2022-03-22 | archive-date=2016-08-25 | archive-url=https://web.archive.org/web/20160825051236/http://www.bbc.co.uk/history/historic_figures/faraday_michael.shtml | url-status=live }} {{Cite web |url=https://www.bbc.co.uk/history/historic_figures/faraday_michael.shtml |title=Источник |access-date=2022-03-22 |archive-date=2016-08-25 |archive-url=https://web.archive.org/web/20160825051236/https://www.bbc.co.uk/history/historic_figures/faraday_michael.shtml |deadlink=unfit }}</ref><ref>{{cite web | url=http://www.etymonline.com/index.php?term=ion | title=Online etymology dictionary | access-date=2011-01-07 | archive-date=2011-05-14 | archive-url=https://web.archive.org/web/20110514084635/http://www.etymonline.com/index.php?term=ion | deadlink=no }}</ref>.

Положительно заряженные ионы, движущиеся в растворе к отрицательному электроду ([[катод]]у), Фарадей назвал [[катион]]ами, а отрицательно заряженные, движущиеся к положительному электроду ([[анод]]у) — [[анион]]ами<ref name=whewell />.

[[Аррениус, Сванте Август|Сванте Аррениус]] выдвинул в своей диссертации 1884 года объяснение того факта, что твёрдые кристаллические соли при растворении диссоциируют на парные заряженные частицы, за что он получил Нобелевскую премию по химии 1903 года<ref>{{cite web|url=https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1903/index.html|title=The Nobel Prize in Chemistry 1903|website=nobelprize.org|access-date=2022-03-22|archive-date=2018-07-08|archive-url=https://web.archive.org/web/20180708044958/https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1903/index.html|deadlink=no}}</ref>. Объяснение Аррениуса заключалось в том, что при образовании раствора соль диссоциирует на ионы Фарадея, он предположил, что ионы образуются даже в отсутствие электрического тока<ref name="columbia">{{cite book|editor1-last=Harris|editor1-first=William|editor2-last=Levey|editor2-first=Judith|title=The New Columbia Encyclopedia|date=1976|publisher=[[Columbia University]]|location=New York City|isbn=978-0-231-03572-9|page=[https://archive.org/details/newcolumbiaencyc00harr/page/155 155]|edition=4th|url=https://archive.org/details/newcolumbiaencyc00harr/page/155}}</ref><ref name="EncBrit">{{cite book| editor1-last =McHenry|editor1-first=Charles|title=The New Encyclopædia Britannica|journal=Chicago: Encyclopaedia Britannica Inc|date=1992|publisher=[[Encyclopædia Britannica, Inc.]]|location=Chicago |isbn= 978-0-85229-553-3|page=587|volume=1|edition=15|bibcode=1991neb..book.....G|last1=Goetz|first1=Philip W.}}</ref><ref name="SciBio">{{cite book|editor1-last=Cillispie|editor1-first=Charles|title=Dictionary of Scientific Biography|date=1970|publisher=[[Charles Scribner's Sons]]|location=New York City|isbn=978-0-684-10112-5|pages=296–302|edition=1}}</ref>.

Являясь химически активными частицами, ионы вступают в реакции с атомами, молекулами и между собой. В растворах [[электролит]]ов ионы образуются в результате [[электролитическая диссоциация|электролитической диссоциации]] и обуславливают многие их свойства.

Согласно [[номенклатура химическая|химической номенклатуре]], название катиона, состоящего из одного атома, совпадает с названием химического элемента, например, Na<sup>+</sup> называется ионом натрия. После названий элементов с переменной степенью окисления её указывают в скобках римской цифрой, например название катиона Fe<sup>2+</sup> — ион железа(II). Название аниона, состоящего из одного атома, образуется из корня латинского названия элемента и суффикса «-ид», например, F<sup>−</sup> называется фторид-ионом<ref name="Slovar">{{статья|заглавие=Номенклатура химическая|издание=[[Энциклопедический словарь (Педагогика)|Энциклопедический словарь]] юного химика. 2-е изд.|ответственный=Сост. В. А. Крицман, В. В. Станцо|место={{М}}|издательство=[[Педагогика (издательство)|Педагогика]]|isbn=5-7155-0292-6|год=1990|страницы=161—164}}</ref>.

== Классификация ионов ==
Ионы подразделяют на две большие группы — простые и сложные.

'''Простые''' ({{нп5|одноатомные ионы|одноатомные||monatomic ion}}) ионы содержат одно(не более) [[атомное ядро]].

'''Сложные''' ({{нп5|многоатомные ионы|многоатомные||polyatomic ion}}) ионы содержат не менее двух атомных ядер.

Отдельно выделяют '''ион-радикалы''' — заряженные [[свободные радикалы]]. Ион-радикалы в свою очередь подразделяют на катион-радикалы и анион-радикалы.

'''Катион-радикалы''' — положительно заряженные частицы с одним неспаренным протоном.

'''Анион-радикалы''' — отрицательно заряженные частицы с одним неспаренным электроном<ref>{{книга
|название=Химический энциклопедический словарь
|главный редактор=Кнунянц И.Л.
|место=Москва
|издательство=Советская энциклопедия
|год=1983
|страниц=792}}</ref>.

== Строение простых ионов ==
Простые ионы состоят из одного атомного ядра и электронов. Атомное ядро состоит из протонов и [[нейтрон]]ов, неся практически всю (более 99,9 %) массу иона и создаёт [[электрическое поле]], которое удерживает электроны. Заряд атомного ядра определяется числом протонов и совпадает с порядковым номером элемента в
[[таблица Менделеева|периодической таблице Д. И. Менделеева]].

Электроны заполняют электронные слои вокруг атомного ядра. Электроны с одинаковым значением главного квантового числа n образуют квантовый слой близких по размерам электронных облаков. Слои с n = 1, 2, 3, 4… обозначаются соответственно буквами K, L, M, N… По мере удаления от атомного ядра ёмкость слоёв увеличивается и в зависимости от значения n составляет 2 (слой K), 8 (слой L), 16 (слой M), 32 (слой N)… электронов.

Исключением из общего правила является положительный ион водорода, который не содержит электронов и является [[элементарная частица|элементарной частицей]] — протоном. В то же время [[гидрид-ион|отрицательный ион водорода]] содержит два электрона. Фактически гидрид-ион является системой из одного протона и двух электронов и изоэлектронен положительному иону лития, имеющему в электронной оболочке также два электрона.

Вследствие волнового характера движения электрона ион не имеет строго определённых границ. Поэтому точно определить размеры ионов невозможно. Кажущийся радиус иона зависит от того, какое физическое свойство рассматривается, и будет различным для разных свойств. Обычно используют такие [[ионный радиус|ионные радиусы]], чтобы сумма двух радиусов равнялась равновесному расстоянию между соседними ионами в кристалле. Такая полуэмпирическая таблица ионных радиусов была составлена [[Полинг, Лайнус|Л. Полингом]]<ref>{{книга
|название=Природа химической связи
|автор=Паулинг Л.
|место=Москва, Ленинград
|издательство=Госхимиздат
|год=1947
|страниц=440}}</ref>.

Позднее была составлена новая система ионных радиусов на основе кристаллохимических исследований [[Бокий, Георгий Борисович|Г. Б. Бокия]] структур простейших двойных соединений<ref>{{книга
|название=Кристаллохимия
|автор=Г.Б. Бокий
|место=Москва
|издательство=МГУ
|год=1960}}</ref>.

== Ионизация ==
{{главная|Ионизация}}
[[Атом]]ы и [[Молекула|молекулы]] могут превращаться в ''положительно'' заряженные ионы в результате потери одного или нескольких [[электрон]]ов. Отрыв электрона от атома или молекулы требует затраты энергии, называемой [[Энергия ионизации|энергией ионизации]].

''Положительно'' заряженные ионы также образуются при <!-- протонировании- -->присоединении [[протон]]а (положительно заряженного ядра атома водорода). Примером является [[молекулярный ион водорода]], [[ион аммония]], [[ониевые соединения]].

''Отрицательно'' заряженные ионы образуются в результате присоединения электрона к атому или молекуле. Присоединение электрона сопровождается выделением энергии.

Положительный ион водорода (H<sup>+</sup> или протон, p) получается при ионизации [[Атом водорода|атома водорода]]. Энергия ионизации при этом составляет 13,595 [[Электронвольт|эВ]].

Для атома [[Гелий|гелия]] энергия ионизации составляет 24,581 эВ и 54,403 эВ и соответствует отрыву первого и второго электронов. Получаемый ион гелия (He<sup>2+</sup>) в физике называется [[альфа-частица|альфа-частицей]]. Выброс альфа-частиц наблюдается при радиоактивном распаде некоторых атомных ядер, например <chem>{{}^{226}_{88}Ra}</chem>.

Энергия отрыва первого электрона атома имеет явно выраженный периодический характер зависимости от порядкового номера элемента.

В связи с низкими значениями энергии ионизации [[Щелочные металлы|щелочных металлов]], их атомы легко теряют свои внешние электроны под действием [[свет]]а. Отрыв электрона производится в данном случае за счёт энергии поглощаемых металлом [[Квант света|квантов света]].

== Примечания ==
{{Примечания}}

{{wiktionary|ион}}

== Литература ==
* [[Большая советская энциклопедия]]

{{ВС}}
* {{книга
 | автор         = Котельников И. А.
 | заглавие      = Лекции по физике плазмы. Том 1: Основы физики плазмы
 | издание       = 3-е изд
 | место         = Спб.
 | издательство  = [[Лань (издательство)|Лань]]
 | год           = 2021
 | страниц       = 400
 | ref           =
 | ISBN          = 978-5-8114-6958-1
 }}

* {{книга
 | автор         = Котельников И. А.
 | заглавие      = Лекции по физике плазмы. Том 1: Основы физики плазмы
 | издание       = 3-е изд
 | место         = Спб.
 | издательство  = [[Лань (издательство)|Лань]]
 | год           = 2021
 | страниц       = 400
 | ref           =
 | ISBN          = 978-5-8114-6958-1
 }}

[[Категория:Ионы|*]]
[[Категория:Физика плазмы]]