Ioni - Elektronski učbenik K-tree. Kaj je ion? Ioni vseh elementov

IONI (iz grš. ion-grenje, tavanje), atomi ali kem. radikali, ki nosijo električni naboj.-Istoria. Kot je prvič ugotovil Faraday, je prevajanje električnega toka v raztopinah povezano z gibanjem materialnih delcev, ki nosijo električne naboje. Snov, ki prevaja električni tok - elektrolit - razpade na pozitivno in negativno nabite radikale, ki se z delovanjem elektrostatičnih sil privlačijo - prve na katodo, druge na anodo. Faraday je takšne atome ali atomske skupine (radikale), ki se gibljejo v raztopini in nosijo električni naboj, imenoval ioni: pozitivno nabiti ioni (ki se gibljejo proti katodi) so kationi, negativno pa anioni. Za razliko od kovinskih prevodnikov, pri katerih distribucija električne energije ni povezana s prenosom in razgradnjo snovi, se raztopine elektrolitov imenujejo "prevodniki druge vrste". Faraday je verjel, da le, ko galvanski tok teče skozi raztopino z delovanjem zunanjih električnih sil, se nekatere molekule elektrolita razcepijo na ione. Utemeljitelj teorije elektrolitske disociacije Arrhenius (Sv. Arrhenius) je na podlagi obsežnega eksperimentalnega materiala pokazal, da se določen del molekul elektrolita nenehno disociira na ione, ne glede na to, ali raztopina trenutno prevaja električni tok. trenutno. To je bil začetek koncepta obstoja prostih ionov v raztopini kot stabilnega stanja snovi. Stopnja disociacije elektrolita, ki kaže, kateri del njegovih molekul se razgradi na I., je glavna vrednost v Arrheniusovih učenjih, ki označuje sodelovanje elektrolita v številnih procesih, ki se pojavljajo v raztopinah. Sodobna teorija elektrolitske disociacije in aktivnosti elektrolitov je bila nadalje razvita v študijah Bjerruma, Debyeja, Gyukkela (Bjerrum, Debye, Htickel) in drugih, ki so pokazali, da je aktivnost elektrolita poleg števila prostih I., ki jih določa stopnja njegove disociacije, odvisna od elektrostatičnih interakcij, ki nastanejo med samimi ioni. Vpliv teh elektrostatičnih interionskih sil je omogočil razlago številnih lastnosti raztopin elektrolitov, ki niso sodile v okvir klasične Arrheniusove teorije. Ustvarjalci ionske teorije niso imeli konkretne predstave o strukturi sevanja in o načinu združevanja snovi in ​​naboja v njem. Na enak način je glavna lastnost I., njegova neverjetna kem. inertnost v primerjavi z ustreznim nevtralnim atomom. Torej atomi natrija burno reagirajo z vodo in jo razgradijo s sproščanjem vodika; jod daje specifično reakcijo s škrobom itd. e. Toda raztopina NaJ, sestavljena iz prostega I. natrija in joda, ne razkrije nobene od teh reakcij, dokler se naboj njegovih ionov ne uniči (kot v primeru elektrolize). Te najpomembnejše lastnosti ionov bi lahko razumeli le v luči sodobne strukturne teorije. atom(cm.). Ionska struktura. Po teoriji Rutherforda in Bohra (Rutherford, Bohr) je snov zgrajena iz pozitivnih in negativnih električnih nabojev. Elementarni pozitivni naboj je proton, ki ima maso vodikovega atoma, medtem ko ima prosti negativni naboj elektron 1800-krat manjšo maso. Atom je zgrajen iz izjemno majhnega osrednjega pozitivnega jedra, okoli katerega, tako kot planeti, ki se gibljejo okoli sonca, krožijo elektroni v kompleksnem sistemu orbit. Atomsko jedro sestavljajo protoni ali kombinacija protonov z manjšim številom elektronov. Število pozitivnih nabojev v jedru (ali presežek pozitivnih nabojev nad številom intranuklearnih elektronov) je enako številu elektronov v lupini, ki obdaja jedro. I To število enakomerno narašča za ena, ko se premikamo od H (naboj atomskega jedra 1) do vsakega naslednjega elementa, glede na vrstni red, ki ga zasedajo v periodni sistem (cm.). Elektronska ovojnica, ki obdaja atomsko jedro, je sestavljena iz številnih zaporednih plasti, od katerih vsaka vsebuje določeno število elektronov. Zunanja plast lahko vsebuje do 8 elektronov (izjema je prva elektronska plast, ki meji neposredno na jedro; največje število elektronov v njej je dva). V prisotnosti popolnega "števila elektronov v zunanji plasti atom pridobi popolno strukturo in nenavadno stabilno elektronsko konfiguracijo ter s tem popolno kemično inertnost. To so atomi žlahtnih plinov, katerih kemična valenca je nič. Prehod na naslednji element periodičnega sistema (alkalne kovine) pomeni dodajanje novega elektrona, ki se nahaja na novi zunanji elektronski plasti. Nadaljnja gradnja atoma v naslednjih elementih se konča le z novo stabilno kombinacijo elektro ns naslednjega žlahtnega plina. Po Kosselu (Kossel) elektronska konfiguracija žlahtnega plina (z zunanjo plastjo osem elektronov) predstavlja stabilno stanje, atom vsakega elementa teži k prehodu v roj. Ta prehod se izvede z izgubo ali zajemanjem manjkajočih elektronov. Najlažje se pojavi pri alkalijskih kovinah in halogenidih, od katerih je dovolj, da prvi izgubijo, drugi pa pridobijo en elektron, da postane kot najbližji žlahtni plin. Podobno je v drugih elementih število elektronov, ki jih morajo izgubiti ali pridobiti, da bi izpostavili ali dokončali zunanjo osemelektronsko plast, enako največjemu številu pozitivnih ali negativnih valenc, ki jih zaznajo. V tem primeru pa je kršena elektronevtralnost atoma, začetna enakost njegovih pozitivnih in negativnih nabojev. Atom se pretvori v pozitiven ali negativen I., naboj slednjega pa po znaku in velikosti ustreza valenci ustreznega atoma ali radikala. Elektrostatična privlačnost nasprotno nabitih I. jih poveže v heteropolarno molekulo. V medijih, ki imajo tako kot voda visoko dielektrično konstanto, je delovanje elektrostatičnih sil oslabljeno in heteropolarna molekula ponovno razpade na svoje ione. Tako ima vsak I. elektronsko strukturo ne atoma, iz katerega izvira, ampak najbližjega žlahtnega plina. Od slednjega se razlikuje le po naboju (in po lahkosti, s katero se, ko ga izgubi, spet spremeni v prvotni element). Ta struktura iona v celoti pojasnjuje njegovo najpomembnejšo lastnost, ki jo je opazil Arrhenius: neverjetno kemično inertnost, ki je lastnost prostega I. v nasprotju z I iz atoma, v katerega se spremeni, ko izgubi naboj. Približajoč se strukturi stabilnega, kemično inertnega žlahtnega plina, se ioni med seboj razlikujejo le po velikosti in porazdelitvi električnega naboja, torej po čisto fizikalnih lastnostih. Zaradi tega so predmet predvsem fizikalnih metod raziskovanja, objekt fizikalne kemije. Hidratacija in velikosti I. Najpomembnejši telesni. Lastnosti I. so njegove dimenzije in velikost el. napolniti. Od razmerja teh količin je odvisna tudi gostota naboja, večja je, manjša je velikost delca, ki nosi dani naboj. Vendar, če bi si želeli ustvariti predstavo o njihovi relativni velikosti iz strukture I., iz njihovega elektronskega modela, bi naredili hudo napako. Ioni Li -, Na", K" itd. v vodi niso sestavljeni le iz navedenih snovi, temveč tudi iz znatne količine vodnih molekul, ki so tesno povezane z njimi in se gibljejo skupaj. Molekula vode je, tako kot molekula mnogih drugih snovi, dipol, na nasprotnih koncih katerega so koncentrirani nasprotni naboji (na enem polu je negativni naboj kisika, na drugem pa pozitiven naboj vodika). Takšni dipoli so usmerjeni okoli nabitega delca, privlači pa jih njihov nasprotni pol. Posledično je vsak ion v vodni raztopini hidriran in obdan z lupino, zgrajeno iz molekul vode. Dlje ko je od središča, manj natančna postaja ta orientacija in se postopoma spreminja v kaotično porazdelitev prostih molekul vode. to. Hidracijo I. povzroča njihov električni naboj (Born). Zaradi hidratacije se lahko dimenzije I., kot samostojno gibajočega se delca, močno povečajo, pogosto pa tudi ioni, ki imajo manjše atomske dimenzije, kot npr. Li, dosežejo celo večjo vrednost kot I., ki nastanejo iz večjih atomov, kot je K. Iz tega sledi še en, nič manj paradoksalen zaključek, ki je velikega pomena za razumevanje nekaterih problemov prepustnosti celic: ko molekula razpade na ione, imajo lahko slednji (skupaj z vodno oblogo, ki jih obdaja!) večje dimenzije od same molekule in jih loči. Mobilnost I. Nekatera dejanja so značilna za I. skupaj z nevtralnimi molekulami. To je osmotski tlak, ki je odvisen le od kinetične energije raztopljenih delcev. Druge so posledica električnega naboja, ki naredi razliko med I. in nevtralno molekulo. Te lastnosti vključujejo električno prevodnost. Določen je z zmnožkom števila ionskih nabojev in mobilnosti I. Vsak I. se giblje v električnem polju s hitrostjo, ki je sorazmerna sili, ki deluje nanj, in obratno sorazmerna z uporom, na katerega naleti. Če je potencialna razlika en volt na 1 potem jej hitrost gibanja (in cm/sek. pri 18°) bodo za več ionov izraženi z naslednjimi številkami: Kation U (cm/s) Anion V (cm/sek.) Na* K" Ag\ NH, 33.0. 10" 3.5.10" 4.6.10" 6.75. 10-* 5.7 .10- "6.7 .10" "OH" SG Br "G št; Mpo; 18.2 .yu-" 6.85.10-" 7.0 .1Q-" 6.95. )