Главная » Отделочные материалы » Катион. Уроки химии: катионы и анионы – что это такое

Катион. Уроки химии: катионы и анионы – что это такое

Наверняка, каждому из читателей доводилось слышать такие слова, как «плазма», а также «катионы и анионы», это довольно интересная тема для изучения, которая в последнее время довольно прочно вошла в повседневную жизнь. Так, в быту широкое распространение получили так называемые плазменные дисплеи, которые прочно заняли свою нишу в различных цифровых устройствах – начиная от телефонов и заканчивая телевизорами. Но что такое плазма, и какое применение она находит в современном мире? Давайте попробуем ответить на этот вопрос.

Еще с малых лет, в начальной школе рассказывали о том, что существует три состояния вещества: твердое, жидкое, а также газообразное. Повседневный опыт показывает, что это действительно так. Мы можем взять немного льда, растопить его, а затем испарить – все довольно логично.

Важно! Существует четвертое базовое состояние вещества, называемое плазмой.

Однако, прежде чем ответить на вопрос: что же это такое, давайте вспомним школьный курс физики и рассмотрим строение атома.

В 1911 году физиком Эрнстом Резерфордом, после долгих исследований, была предложена так называемая планетарная модель атома. Что же она собой представляет?

По результатам его опытов с альфа-частицами, стало известно, что атом является неким аналогом солнечной системы, где уже ранее известные электроны играли роль «планет», вращаясь вокруг атомного ядра.

Данная теория стала одним из наиболее значимых открытий в физике элементарных частиц. Но на сегодняшний день она признана устаревшей, а ей на замену принята другая, более совершенная, предложенная Нильсом Бором. Еще позднее, с появлением нового ответвления науки, так называемой квантовой физики, была принята теория корпускулярно-волнового дуализма.

В соответствие с ней, большинство частиц одновременно являются не только частицами, но и электромагнитной волной. Таким образом, невозможно на 100% точно указать, в каком месте находится электрон в определенный момент. Имеется возможность лишь предположить, где он может быть. Подобные «допустимые» границы впоследствии получили название орбиталей.

Как известно, электрон обладает отрицательным зарядом, в то время как протоны, находящиеся в ядре, – положительным. Так как число электронов и протонов равно, то атом обладает нулевым зарядом, или же, – электрически нейтрален.

При различных внешних воздействиях атом получает возможность, как терять электроны, так и приобретать их, при этом меняя свой заряд на положительный или отрицательный, становясь при этом ионом. Таким образом, ионы представляют собой частицы с ненулевым зарядом – будь то ядра атомов, или оторванные электроны. В зависимости от заряда, положительного или отрицательного, ионы называются катионами и анионами соответственно.

Какие воздействия могут привести к ионизации вещества? К примеру, этого можно добиться с помощью нагрева. Однако в лабораторных условиях сделать это практически невозможно – оборудование не выдержит таких высоких температур.

Другой не менее интересный эффект можно наблюдать в космических туманностях. Подобные объекты чаще всего состоят из газа. Если поблизости имеется звезда, то ее излучение может ионизировать вещество туманности, в результате чего оно уже самостоятельно начинает излучать свет.

Глядя на эти примеры, можно ответить на вопрос о том, чем является плазма. Итак, ионизируя определенный объем вещества, мы заставляем атомы отдать свои электроны и приобрести положительный заряд. Свободные электроны, обладая отрицательным зарядом, могут либо остаться свободными, либо же присоединиться к другому атому, тем самым изменив его заряд на положительный. Так вещество никуда не уходит, а число протонов и электронов так и остается равным, оставляя плазму электрически нейтральной.

Роль ионизации в химии

Можно с уверенностью сказать, что химия – это, по сути, прикладная физика. И хотя данные науки занимаются изучением совершенно разных вопросов, но законы взаимодействия вещества в химии никто не отменял.

Как было описано выше, электроны имеют свои строго определенные места – орбитали. Когда атомы образуют какое-либо вещество, то они, сливаясь в группу, также «делятся» своими электронами с соседями. И хотя молекула остается электрически нейтральной, одна ее часть может представлять собой анион, а другая — катион.

За примером далеко ходить не требуется. Для наглядности можно взять всем известную соляную кислоту, она же хлороводород – HCL. Водород в данном случае будет обладать положительным зарядом. Хлор же в данном соединении является остатком и называется хлоридом – тут он имеет заряд отрицательный.

На заметку! Довольно легко выяснить какими свойствами обладают те или иные анионы.

Таблица растворимости покажет, какое вещество хорошо растворяется, а какое сразу же вступает во взаимодействие с водой.

Полезное видео: катионы и анионы

Вывод

Мы выяснили, что представляет собой ионизированное вещество, каким законам подчиняется, и какие процессы за этим стоят.

КАТИОН

(греч.). Часть электролита, осаждающаяся на катоде. Ион с положительным зарядом электричества.

Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка.- Чудинов А.Н. , 1910 .

Катио́н

(гр. kata вниз) положительно заряженный ион; в электрическом поле движется к отрицательному электроду - катоду.

Новый словарь иностранных слов.- by EdwART, , 2009 .

Катион

[гр. вниз + идущий ] – ион, несущий положительный электрический заряд и передвигающийся при электролизе к катоду

Большой словарь иностранных слов.- Издательство «ИДДК» , 2007 .

Катион

Толковый словарь иностранных слов Л. П. Крысина.- М: Русский язык , 1998 .

Синонимы :

Смотреть что такое "КАТИОН" в других словарях:

Ион, несущий положительный заряд вследствие потери атомом (простой катион) или гр. атомов (комплексный катион) одного или нескольких электронов. К. это ион, при электролизе идущий к катоду отрицательно заряженному электроду. Геологический словарь … Геологическая энциклопедия

- (от греч. kation букв. идущий вниз), положительно заряженный ион; в электрическом поле (напр., при электролизе) движется к отрицательному электроду (катоду) … Большой Энциклопедический словарь

КАТИОН, положительно заряженный ион, который притягивается к КАТОДУ в процессе ЭЛЕКТРОЛИЗА … Научно-технический энциклопедический словарь

- (от греч. kata вниз и ion идущий) положительно заряженный ион, движущийся в электрич. поле к катоду. К. содержатся в растворах и расплавах большинства солей и оснований (см. Электролиз). К. паз. также положительно заряженные ионы в ионных… … Физическая энциклопедия

Сущ., кол во синонимов: 1 ион (17) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

катион - а, м. cation m. < гр. kata.. приставка, обозначающая усиление + ion идущий. физ. Положительно зараженный ион. Крысин 1998. Лекс. СИС 1949: катио/н … Исторический словарь галлицизмов русского языка

КАТИОН - КАТИОН, название, данное Фарадеем (Faraday) атому илихимич. радикалу, несущему положительный электрический заряд и передвигающемуся при электролизе к отрицательному полюсу (катоду). Заряд К. может равняться одному, .двум или большему числу… … Большая медицинская энциклопедия

катион - Положительно заряженный ион, который перемещается через электролит к катоду под влиянием градиента потенциала. Тематики металлургия в целом EN cation … Справочник технического переводчика

катион - – положительно заряженный ион. Словарь по аналитической химии … Химические термины

Катион - – положительно заряженный ион, который притягивается к катоду в процессе электролиза. [Металлы и сплавы. Справочник.» Под редакцией Ю.П. Солнцева; НПО “Профессионал”,НПО “Мир и семья”; Санкт Петербург, 2003 г.]… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Книги

Катионная полимеризация сопряженных диенов , Розенцвет В.А.. В книге систематизированы и критически обобщены результаты исследований по катион ной полимеризации сопряженных диенов, таких как 1, 3-пентадиен, изопрен, 1, 3-бутадиен и других 1, 3-диенов.…
Методы математической физики молекулярных систем , Б. К. Новосадов. Монография посвящена последовательному изложению квантовой теории молекулярных систем, а также решению волновых уравнений в нерелятивистской и релятивистской квантовой механике молекул.…

- (греч.). Часть электролита, осаждающаяся на катоде. Ион с положительным зарядом электричества. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. катион (гр. kata вниз) положительно заряженный ион; в электрическом… … Словарь иностранных слов русского языка

КАТИОН - ион, несущий положительный заряд вследствие потери атомом (простой катион) или гр. атомов (комплексный катион) одного или нескольких электронов. К. это ион, при электролизе идущий к катоду отрицательно заряженному электроду. Геологический словарь … Геологическая энциклопедия

КАТИОН - (от греч. kation букв. идущий вниз), положительно заряженный ион; в электрическом поле (напр., при электролизе) движется к отрицательному электроду (катоду) … Большой Энциклопедический словарь

КАТИОН - КАТИОН, положительно заряженный ион, который притягивается к КАТОДУ в процессе ЭЛЕКТРОЛИЗА … Научно-технический энциклопедический словарь

КАТИОН - (от греч. kata вниз и ion идущий) положительно заряженный ион, движущийся в электрич. поле к катоду. К. содержатся в растворах и расплавах большинства солей и оснований (см. Электролиз). К. паз. также положительно заряженные ионы в ионных… … Физическая энциклопедия

катион - сущ., кол во синонимов: 1 ион (17) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

катион - – положительно заряженный ион. Словарь по аналитической химии … Химические термины

Книги

Катионная полимеризация сопряженных диенов , Розенцвет В.А.. В книге систематизированы и критически обобщены результаты исследований по катион ной полимеризации сопряженных диенов, таких как 1, 3-пентадиен, изопрен, 1, 3-бутадиен и других 1, 3-диенов.… Купить за 1228 руб
Методы математической физики молекулярных систем , Б. К. Новосадов. Монография посвящена последовательному изложению квантовой теории молекулярных систем, а также решению волновых уравнений в нерелятивистской и релятивистской квантовой механике молекул.…

Химия - "волшебная" наука. А где вы еще получите безопасное вещество, соединив два опасных? Речь идет об обыкновенной поваренной соли - NaCl . Рассмотрим подробнее каждый элемент, опираясь на ранее полученные знания об устройстве атома.

Натрий - Na , щелочной металл (группа IA).
Электронная конфигурация: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1

Как видим, натрий имеет один валентный электрон, который он "согласен" отдать, чтобы его энергетические уровни стали завершенными.

Хлор - Cl , галоген (группа VIIA).
Электронная конфигурация: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5

Как видим, хлор имеет 7 валентных электронов и ему "не хватает" одного электрона, чтобы его энергетические уровни стали завершенными.

Теперь догадываетесь, почему так "дружны" атомы хлора и натрия?

Ранее говорилось, что полностью "укомплектованные" энергетические уровни имеют инертные газы (группа VIIIA) - у них полностью заполнены внешние s и p-орбитали. Отсюда они так плохо вступают в химические реакции с другими элементами (им просто не надо ни с кем "дружить", поскольку ни отдавать, ни принимать электроны они "не хотят").

Когда валентный энергетический уровень заполнен - элемент становится стабильным или насыщенным .

Инертным газам "повезло", а что же делать остальным элементам периодической таблицы? Конечно же, "искать" себе пару, подобно дверному замку и ключу - определенному замку соответствует свой ключ. Так и химические элементы, пытаясь заполнить свой внешний энергетический уровень, вступают с другими элементами в реакции, создавая устойчивые соединения. Т.к. заполняются внешние s (2 электрона) и р (6 электронов) орбитали, то данный процесс получил название "правило октета" (октет = 8)

Натрий: Na

На внешнем энергетическом уровне атома натрия находится один электрон. Для перехода в стабильное состояние, натрий должен: либо отдать этот электрон, либо принять семь новых. Исходя из вышесказанного, натрий будет отдавать электрон. При этом у него "исчезает" 3s-орбиталь, а количество протонов (11) будет на один превосходить количество электронов (10). Поэтому, нейтральный атом натрия превратится в положительно заряженный ион - катион .

Электронная конфигурация катиона натрия: Na + 1s 2 2s 2 2p 6

Особо внимательные читатели справедливо скажут, что такая же электронная конфигурация и у неона (Ne). Так что же, натрий превратился в неон? Вовсе нет - не забывайте о протонах! Их по-прежнему; у натрия - 11; у неона - 10. Говорят, что катион натрия является изоэлектронным неону (поскольку их электронные конфигурации одинаковы).

Подведем итог:

атом натрия и его катион отличаются одним электроном;
катион натрия имеет меньший размер, поскольку он теряет внешний энергетический уровень.

Хлор: Cl

У хлора ситуация прямо противоположная - на внешнем энергетическом уровне у него находится семь валентных электронов и ему надо принять один электрон, чтобы стать стабильным. При этом произойдут следующие процессы:

атом хлора примет один электрон и станет отрицательно заряженным анионом (17 протонов и 18 электронов);
электронная конфигурация хлора: Cl - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6
анион хлора является изоэлектронным аргону (Ar);
поскольку внешний энергетический уровень хлора "достроился", то радиус катиона хлора будет немного больше, чем у "чистого" атома хлора.

Поваренная соль (хлорид натрия): NaCl

Исходя из вышесказанного, видно, что электрон, который отдает натрий, становится электроном, который получает хлор.

В кристаллической решетке хлорида натрия каждый катион натрия окружен шестью анионами хлора. И наоборот, каждый анион хлора окружен шестью катионами натрия.

В результате перемещения электрона образуются ионы: катион натрия (Na +) и анион хлора (Cl -). Поскольку противоположные заряды притягиваются, то образуется устойчивое соединение NaCl (хлорид натрия) - поваренная соль .

В результате взаимного притяжения противоположно заряженных ионов, образуется ионная связь - устойчивое химическое соединение.

Соединения с ионными связями называют солями . В твердом состоянии все ионные соединения являются кристаллическими веществами.

Следует понимать, что понятие ионной связи довольно относительно, строго говоря к "чистым" ионным соединениям можно отнести только те вещества, у которых разность в электроотрицателности атомов, которые образуют ионную связь, равна или более 3. По этой причине в природе существует всего с десяток чисто ионных соединений - это фториды щелочных и щелочно-земельных металлов (например, LiF; относительная электроотрицательность Li=1; F=4).

Чтобы не "обижать" ионные соединения, химики договорились считать, что химическая связь является ионной, если разность электроотрицательностей атомов, образующих молекулу вещества равна или более 2. (см. понятие электроотрицательности).

Катионы и анионы

Другие соли образуются по аналогичному принципу, что и хлорид натрия. Металл отдает электроны, а неметалл их получает. Из периодической таблицы видно, что:

элементы группы IA (щелочные металлы) отдают один электрон и образуют катион с зарядом 1 + ;
элементы группы IIA (щелочноземельные металлы) отдают два электрона и образуют катион с зарядом 2 + ;
элементы группы IIIA отдают три электрона и образуют катион с зарядом 3 + ;
элементы группы VIIA (галогены) принимают один электрон и образуют анион с зарядом 1 - ;
элементы группы VIA принимают два электрона и образуют анион с зарядом 2 - ;
элементы группы VA принимают три электрона и образуют анион с зарядом 3 - ;

Распространенные одноатомные катионы

Распространенные одноатомные анионы

Не все так просто с переходными металлами (группа В), которые могут отдавать разное количество электронов, образуя при этом по два (и более) катиона, имеющих разные заряды. Например:

Cr 2+ - ион двухвалентного хрома; хром (II)
Mn 3+ - ион трехвалентного марганца; марганец (III)
Hg 2 2+ - ион двухатомной двухвалентной ртути; ртуть (I)
Pb 4+ - ион четырехвалентного свинца; свинец (IV)

Многие ионы переходных металлов могут иметь разную степень окисления.

Ионы не всегда бывают одноатомными, они могут состоять из группы атомов - многоатомные ионы . Например, ион двухатомной двухвалентной ртути Hg 2 2+ : два атома ртути связаны в один ион и имеют общий заряд 2 + (каждый катион имеет заряд 1 +).

Примеры многоатомных ионов: