Ion
Renseignements g??n??raux
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Un ion est un atome ou mol??cule dans laquelle le nombre total d' ??lectrons ne est pas ??gal au nombre total de protons , ce qui donne l'atome une nette positive ou n??gative charge ??lectrique .
Les ions peuvent ??tre cr????s ?? la fois par des moyens chimiques et physiques. En termes chimiques, si un atome neutre perd un ou plusieurs ??lectrons, il a une charge nette positive et est connu en tant que cation . Si un atome gagne des ??lectrons, il a une charge nette n??gative et est connu comme un anion . Un ion constitu?? d'un seul atome est un atome ou ion monoatomique; se il est constitu?? de deux ou plusieurs atomes, ce est une mol??culaire ou ion polyatomique.
Dans le cas de l'ionisation d'un support physique, tel qu'un gaz, ce qu'on appelle des "paires ioniques" sont cr????es par l'impact d'ions, et chaque paire est constitu??e d'un ??lectron libre et un ion positif.
Anions et cations
Etant donn?? que la charge ??lectrique sur un proton est ??gale en amplitude ?? la charge d'un ??lectron, la charge ??lectrique nette de l'ion est ??gal au nombre de protons dans l'ion moins le nombre d'??lectrons.
Un anion (-) (pron .: / ?? n . aɪ . ən / UN-eye-ən), du mot ἄνω grec (ONA), ce qui signifie ??haut??, est un ion avec plus d'??lectrons que de protons, ce qui lui donne une charge n??gative nette (depuis ??lectrons sont charg??s n??gativement et les protons sont charg??s positivement).
Un cation (+) (pron .: / k ?? t . aɪ . ən / KAT-eye-ən), du mot grec κατά (kata), ce qui signifie "bas", est un ion avec moins d'??lectrons que de protons, ce qui lui donne une charge positive.
Il ya des noms suppl??mentaires utilis??s pour les ions avec de multiples accusations. Par exemple, un ion avec une charge est -2 connu comme un dianion et un ion avec une charge 2 est connu comme un dication. Un zwitterion est une mol??cule neutre avec des charges positives et n??gatives ?? diff??rents endroits au sein de cette mol??cule.
Histoire de la d??couverte
Le mot d'ions est le ιον grec (aller), le participe pr??sent du ιεναι, ienai, "aller". Ce terme a ??t?? introduit par le physicien et chimiste anglais Michael Faraday en 1834 pour les esp??ces alors inconnues qui va d'un ??lectrode ?? l'autre ?? travers un milieu aqueux. Faraday ne connaissait pas la nature de ces esp??ces, mais il savait que, depuis m??taux dissous dans la solution et sont entr??s ?? une ??lectrode, et nouveau m??tal sortit de solution ?? l'autre ??lectrode, que certains type de substance d??plac?? ?? travers la solution dans un courant, transporter la mati??re d'un endroit ?? l'autre.
Faraday a ??galement introduit l'anion de mots pour un ion charg?? n??gativement, et pour un cation charg?? positivement une. Dans la nomenclature de Faraday, cations ont ??t?? nomm??s parce qu'ils ont ??t?? attir??s par la cathode dans un dispositif galvanique et anions ont ??t?? nomm??s en raison de leur attirance pour le anode.
Caract??ristiques
Ions dans leur ??tat comme gaz sont tr??s r??actifs, et ne se produisent pas en grandes quantit??s sur Terre, sauf dans les flammes, la foudre, les ??tincelles ??lectriques, et autres plasmas . Ces ions comme gaz interagissent rapidement avec des ions de charge oppos??e ?? donner mol??cules neutres ou des sels ioniques. Ions sont ??galement produites ?? l'??tat liquide ou solide lorsque des sels interagissent avec des solvants (par exemple, l'eau) pour produire "ions solvat??es," qui sont plus stables, pour des raisons impliquant une combinaison de l'??nergie et de l'entropie changements que les ions se ??loignent les unes autre pour interagir avec le liquide. Ces esp??ces stabilis??s sont plus fr??quemment trouv??s dans l'environnement ?? basse temp??rature. Un exemple courant est les ions pr??sents dans l'eau de mer, qui sont d??riv??s de sels dissous.
Tous les ions sont factur??s, ce qui signifie que, comme tous les objets charg??s qu'ils sont:
- attir??s par des charges oppos??es ??lectriques (positif au n??gatif, et vice-versa),
- repouss??s par des charges comme
- lors du d??placement, voyager dans les trajectoires qui sont d??vi??s par un champ magn??tique.
Les ??lectrons, en raison de leur faible masse et donc de plus grandes propri??t??s de remplissage d'espace que ondes de mati??re, d??terminent la taille des atomes et des mol??cules qui poss??dent des ??lectrons du tout. Ainsi, des anions (ions charg??s n??gativement) sont plus grandes que la mol??cule m??re ou atome, que l'exc??s d'??lectrons (s) repoussent l'un l'autre, et ajouter ?? la taille physique de l'ion, car sa taille est d??termin??e par sa nuage d'??lectrons. En tant que tel, de fa??on g??n??rale, les cations sont plus petites que l'atome ou de la mol??cule m??re correspondante en raison de la petite taille de son nuage d'??lectrons. Un cation particulier (celui de l'hydrog??ne) ne contient pas des ??lectrons, et est donc beaucoup plus petit que le parent atome d'hydrog??ne.
Occurrences naturelles
Ions sont omnipr??sents dans la nature et sont responsables de divers ph??nom??nes de la luminescence du Soleil ?? l'existence de la Terre ionosph??re. Atomes dans leur ??tat ionique peuvent avoir une couleur diff??rente de atomes neutres, et l'absorption ainsi en lumi??re par des ions m??talliques donne la couleur de pierres pr??cieuses. Dans les deux chimie organique et inorganique (y compris la biochimie), l'interaction de l'eau et des ions est extr??mement important; un exemple est l'??nergie qui entra??ne ventilation de l'ad??nosine triphosphate ( ATP ). Les sections suivantes d??crivent les contextes dans lesquels des ions sont ?? l'honneur; ceux-ci sont dispos??s ?? diminuer ??chelle de longueur physique, de l'astronomie ?? l'microscopique.
Astronomique
Une collection de non- ions comme gaz aqueuses, ou m??me un gaz contenant une proportion de particules charg??es, se appelle un plasma. Plus de 99,9% de la mati??re visible dans l'Univers peut ??tre sous la forme de plasmas . Il se agit notamment de notre Soleil et d'autres ??toiles et de la l'espace entre les plan??tes, ainsi que la espace entre les ??toiles. Plasmas sont souvent appel??s le quatri??me ??tat de la mati??re parce que leurs propri??t??s sont sensiblement diff??rentes de celles des solides , liquides et gaz . Plasmas astrophysiques contiennent principalement un m??lange d'??lectrons et de protons (hydrog??ne ionis??).
Technologies connexes
Les ions peuvent ??tre non chimiquement pr??par??s en utilisant divers sources d'ions, impliquant g??n??ralement ??lev?? ??lectrique ou thermique. Ils sont utilis??s dans une multitude de dispositifs tels que des spectrom??tres de masse , spectrom??tres d'??mission optique, acc??l??rateurs de particules, implantation ionique, et moteurs ioniques.
Comme particules charg??es r??actifs, ils sont ??galement utilis??s dans purification de l'air par des microbes perturbateurs, et des articles m??nagers tels que des d??tecteurs de fum??e.
Comme signalisation et le m??tabolisme dans les organismes sont contr??l??s par un gradient ionique ?? travers pr??cise membranes, la rupture de ce gradient contribue ?? la mort cellulaire. Il se agit d'un m??canisme commun exploit?? par naturelle et artificielle des biocides, y compris la les canaux ioniques gramicidine et amphot??ricine (a fongicide).
Ions dissous inorganiques sont un composant de les solides dissous totaux, un indicateur de qualit?? de l'eau dans le monde.
La d??tection des rayonnements ionisants
L'effet d'un rayonnement ionisant sur un gaz est largement utilis?? pour la d??tection de rayonnement tel que alpha, b??ta, gamma et Les rayons X. L'??v??nement d'ionisation initiale dans ces instruments se traduit par la formation d'une "paire d'ions"; un ion positif et un ??lectron libre, par l'impact d'ions par le rayonnement sur les mol??cules de gaz. Le Chambre d'ionisation est la plus simple de ces d??tecteurs, et recueille toutes les charges cr????es par ionisation dans le gaz directement par l'application d'un champ ??lectrique.
Le Geiger-M??ller tube et le compteur proportionnel utilisent tous les deux un ph??nom??ne connu en tant que Townsend avalanche de multiplier l'effet de l'??v??nement d'ionisation initiale par un effet de cascade de sorte que les ??lectrons libres sont donn??s suffisamment d'??nergie par le champ ??lectrique pour lib??rer des ??lectrons en outre par l'impact d'ions.
Chimie
Notation
En d??signant l'??tat charg??
Lors de l'??criture de la formule chimique pour un ion, sa charge nette est ??crit en exposant imm??diatement apr??s la structure chimique de la mol??cule / atome. La charge nette est ??crit avec l'ampleur avant le signe; dire un cation doublement charg?? est indiqu?? comme 2+ au lieu de deux. Toutefois, l'ampleur de la charge est omis pour une seule charge mol??cules / atomes; par exemple, le sodium est indiqu?? comme cation Na + et Na 1+ pas.
Une alternative (et acceptable) fa??on de montrer une mol??cule / atome d'accusations multiples est en se appuyant sur les signes ?? plusieurs reprises; Cela se voit souvent avec des m??taux de transition. Les chimistes encerclent parfois le signe; il se agit simplement d'ornement et ne modifie pas le sens chimique. Tous les trois repr??sentations de Fe 2+ repr??sent??s sur la figure sont donc ??quivalentes.
Ions monoatomiques sont parfois d??sign??es par des chiffres romains; par exemple, l'exemple du Fe vu ci-dessus est parfois appel??e Fe (II) ou Fe II. Le chiffre romain d??signe la formelle ??tat d'oxydation d'un ??l??ment, alors que les chiffres en exposant d??signe la charge nette. Les deux notations sont, par cons??quent, ??changeables contre des ions monoatomiques, mais les chiffres romains ne peuvent pas ??tre appliqu??es ?? ions polyatomiques. Cependant, il est possible de m??langer les notations pour le centre m??tallique individu avec un complexe polyatomique, comme le montre l'exemple d'ions uranyle.
Sous-classes
Si un ion contient ??lectrons non appari??s, il est appel?? ion radical. Tout comme les radicaux non charg??es, ions radicaux sont tr??s r??actifs. Des ions polyatomiques contenant de l'oxyg??ne tels que le carbonate et le sulfate, sont appel??s oxyanions. Ion mol??culaire qui contiennent au moins une liaison carbone-hydrog??ne sont appel??s des ions organiques. Si la charge dans un ion organique est formellement centr?? sur un carbone, il est appel?? carbocation (si charg?? positivement) ou carbanion (si charg?? n??gativement).
Formation
Formation d'ions monoatomiques
Ions monoatomiques sont form??s par le gain ou la perte d'??lectrons ?? la shell valence (l'enveloppe ext??rieure la plus ??lectronique) dans un atome. Les coques int??rieures d'un atome sont remplis avec des ??lectrons qui sont ??troitement li??s ?? la charg??e positivement noyau atomique , et ainsi de ne pas participer ?? ce genre d'interaction chimique. Le processus de gagner ou de perdre des ??lectrons d'un atome ou une mol??cule neutre est appel?? ionisation.
Atomes peuvent ??tre ionis??s par bombardement avec rayonnement, mais le proc??d?? le plus courant d'ionisation rencontr?? dans la chimie est le transfert d'??lectrons entre les atomes ou les mol??cules. Ce transfert est g??n??ralement entra??n?? par la r??alisation de la stabilit?? ("shell ferm??") des configurations ??lectroniques. Atomes vont gagner ou perdre des ??lectrons selon lequel l'action prend le moins d'??nergie.
Par exemple, un sodium atome, Na, a un seul ??lectron dans son enveloppe de valence, entourant deux stables, remplis de coques int??rieure 2 et 8 ??lectrons. ??tant donn?? que ces coques remplies sont tr??s stables, un atome de sodium a tendance ?? perdre son ??lectron suppl??mentaire et atteindre cette configuration stable, de devenir un cation de sodium dans le proc??d??
- → Na Na + + e -
D'autre part, un chlore atome, Cl, a 7 ??lectrons dans sa couche de valence, qui est un de moins que la stabilit??, la coquille remplie de 8 ??lectrons. Ainsi, un atome de chlore tend ?? gagner un ??lectron suppl??mentaire et atteindre une configuration stable ?? 8 ??lectrons, de devenir un anion chlorure dans le proc??d??:
- Cl + e - → Cl -
Cette force d'entra??nement est la cause de sodium et du chlore ?? subir une r??action chimique, dans lequel l'??lectron "extra" est transf??r?? du sodium au chlore, formant des cations sodium et des anions chlorure. ??tant charg??e de fa??on oppos??e, ces cations et anions forment des liaisons ioniques et se combinent pour former du chlorure de sodium , NaCl, plus commun??ment connu sous le nom sel gemme.
- Na + + Cl - → NaCl
Formation d'ions polyatomiques et mol??culaires
3). La coque trois dimensions repr??sente un seul arbitraire isopotentiel.
Polyatomique et des ions mol??culaires sont souvent form??s par le gain ou la perte d'ions ??l??mentaires tels que H + dans les mol??cules neutres. Par exemple, lorsque de l'ammoniac , NH 3, accepte un proton H +, il forme le ion ammonium, NH +
4. L'ammoniac et ammonium ont le m??me nombre d'??lectrons dans essentiellement la m??me configuration ??lectronique, mais ammonium a un proton suppl??mentaire qui lui donne une charge positive nette.
L'ammoniac peut aussi perdre un ??lectron d'acqu??rir une charge positive, formant l'ion ?? NH +
3. Toutefois, cet ion est instable, car elle a un incompl??te valence shell autour de l'atome d'azote, ce qui en fait un tr??s r??actif ion radical.
En raison de l'instabilit?? des ions radicaux, ions polyatomiques et mol??culaires sont g??n??ralement form??s par gagner ou de perdre des ions ??l??mentaires tels que H +, plut??t que de gagner ou de perdre des ??lectrons. Cela permet ?? la mol??cule ?? pr??server sa configuration ??lectronique stable tout en acqu??rant une charge ??lectrique.
le potentiel d'ionisation
L' ??nergie requise pour d??tacher un ??lectron dans son ??tat d'??nergie le plus bas d'un atome ou d'une mol??cule d'un gaz avec moins de charge ??lectrique nette est appel?? le potentiel d'ionisation, ou de l'??nergie d'ionisation. La n-i??me ??nergie d'ionisation d'un atome est l'??nergie requise pour d??tacher la n i??me ??lectrons apr??s la premi??re n - 1 ??lectrons ont d??j?? ??t?? d??tach??.
Chaque ??nergie d'ionisation successives est nettement sup??rieure ?? la derni??re. En particulier, de grandes augmentations se produisent apr??s tout bloc donn?? de orbitales atomiques est ??puis?? d'??lectrons. Pour cette raison, les ions ont tendance ?? former de fa??on ?? les laisser orbitaux avec des blocs complets. Par exemple, le sodium a une valence ??lectrons sur sa couche p??riph??rique, donc sous forme ionis??e il est commun??ment trouv?? avec un ??lectron perdu, que Na +. De l'autre c??t?? de la table p??riodique, de chlore a sept ??lectrons de valence, de sorte que sous forme ionis??e il est g??n??ralement trouv?? avec une ??lectronique acquise, comme Cl -. Le c??sium a le plus faible ??nergie d'ionisation mesur?? de tous les ??l??ments et de l'h??lium a la plus grande. En g??n??ral, l'??nergie d'ionisation de m??taux est bien inf??rieure ?? l'??nergie d'ionisation de non-m??taux, ce est pourquoi, en g??n??ral, les m??taux vont perdre des ??lectrons pour former des ions charg??s positivement non-m??taux et se gagner des ??lectrons pour former des ions charg??s n??gativement.
Liaison ionique
Liaison ionique est une sorte de liaison chimique qui r??sulte de l'attraction mutuelle des ions de charges oppos??es. Ions de charge comme se repoussent mutuellement, et les ions de charge oppos??e se attirent mutuellement. Par cons??quent ions ne existent pas habituellement sur leur propre, mais se lier avec des ions de charge oppos??e pour former un r??seau cristallin. Le compos?? r??sultant est appel?? un compos?? ionique, et l'on dit ??tre maintenues ensemble par liaison ionique. Dans les compos??s ioniques surgissent distances caract??ristiques entre voisins d'ions ?? partir de laquelle l'extension spatiale et de la rayon ionique d'ions individuels peut ??tre d??riv??.
Le type le plus commun de la liaison ionique est vu dans les compos??s de m??taux et non-m??taux (?? l'exception des gaz nobles , qui font rarement compos??s chimiques). Les m??taux sont caract??ris??s par un petit nombre d'??lectrons en exc??s d'une configuration ??lectronique stable, ferm??-coquille. Comme tels, ils ont tendance ?? perdre ces ??lectrons suppl??mentaires pour atteindre une configuration stable. Cette propri??t?? est connue sous le nom ??lectropositivit??. Non-m??taux, d'autre part, sont caract??ris??s par une configuration d'??lectrons quelques courts ??lectrons d'une configuration stable. Comme tels, ils ont tendance ?? avoir plus d'??lectrons de mani??re ?? obtenir une configuration stable. Cette tendance est connu comme ??lectron??gativit??. Quand un m??tal hautement ??lectropositif est combin?? avec un non-m??tal fortement ??lectron??gatif, les ??lectrons suppl??mentaires provenant des atomes m??talliques sont transf??r??s aux atomes non m??talliques d??ficients en ??lectrons. Cette r??action produit des cations m??talliques et des anions non-m??talliques, qui sont attir??s les uns aux autres pour former un sel .
applications chimiques
Chaque ??nergie d'ionisation successives est nettement sup??rieure ?? la derni??re. En particulier, de grandes augmentations se produisent apr??s tout bloc donn?? de orbitales atomiques est ??puis?? d'??lectrons. Pour cette raison, les ions ont tendance ?? former de fa??on ?? les laisser orbitaux avec des blocs complets. Par exemple, le sodium a une valence ??lectrons sur sa couche p??riph??rique, donc sous forme ionis??e il est commun??ment trouv?? avec un ??lectron perdu, que Na +. De l'autre c??t?? de la table p??riodique, de chlore a sept ??lectrons de valence, de sorte que sous forme ionis??e il est g??n??ralement trouv?? avec une ??lectronique acquise, comme Cl -. Le c??sium a le plus faible ??nergie d'ionisation mesur?? de tous les ??l??ments et de l'h??lium a la plus grande. En g??n??ral, l'??nergie d'ionisation de m??taux est bien inf??rieure ?? l'??nergie d'ionisation de non-m??taux, ce est pourquoi, en g??n??ral, les m??taux vont perdre des ??lectrons pour former des ions charg??s positivement non-m??taux et se gagner des ??lectrons pour former des ions charg??s n??gativement.
Ions communs
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