6.16: Іон

Last updated
Save as PDF

Page ID: 19337

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Північне сяйво. — Малюнок\(\PageIndex{1}\) (Кредит: Нік Руссілл; Джерело: Flickr, Північне сяйво, Гренландія (відкривається в новому вікні) [www.flickr.com]; Ліцензія: CC by 2.0 (відкривається в новому вікні))

Неймовірні зелені сяйва в цьому холодному північному небі складаються з заряджених частинок, відомих як іони. Їх закручена картина викликана тягою магнітного поля Землі. Називається північним сяйвом, це явище природи показує, що іони реагують на магнітне поле. Чи знаєте ви, що таке іони? Читайте далі, щоб дізнатися.

Атоми нейтральні

Північне сяйво не викликане атомами, тому що атоми не є зарядженими частинками. Атом завжди має таку ж кількість електронів, що і протони. Електрони мають електричний заряд -1, а протони мають електричний заряд +1. Тому заряди електронів і протонів атома «скасовуються». Це пояснює, чому атоми нейтральні в електричному заряді.

Q: Що сталося б із зарядом атома, якби він отримував додаткові електрони?

В: Якби атом отримував додаткові електрони, він мав би більше електронів, ніж протонів. Це дало б йому негативний заряд, тому він більше не був би нейтральним.

Атоми до іонів

Атоми не можуть отримати тільки зайві електрони. Вони також можуть втрачати електрони. У будь-якому випадку вони стають іонами. Іони - це атоми, які мають позитивний або негативний заряд, оскільки вони мають нерівну кількість протонів і електронів. Якщо атоми втрачають електрони, вони стають позитивними іонами, або катіонами. Якщо атоми отримують електрони, вони стають негативними іонами, або аніонами. Розглянемо на прикладі фтору (див. Малюнок нижче). Атом фтору має дев'ять протонів і дев'ять електронів, тому він електрично нейтральний. Якщо атом фтору отримує електрон, він стає іоном фтору з електричним зарядом -1.

Імена та символи

Як і фтор, інші негативні іони зазвичай мають назви, що закінчуються на —ide. Позитивні іони, з іншого боку, просто дають назву елемента, за яким слідує слово ion. Наприклад, коли атом натрію втрачає електрон, він стає позитивним іоном натрію. Заряд іона позначається знаком плюс (+) або мінус (-), який пишеться праворуч від хімічного символу іона і трохи вище. Наприклад, іон фтору представлений символом F ^-, а іон натрію представлений символом Na ⁺. Якщо заряд більше одиниці, для його позначення використовується цифра. Наприклад, залізо (Fe) може втратити два електрони, утворюючи іон із зарядом плюс два. Цей іон буде представлений символом Fe ² ⁺. Цей і деякі інші поширені іони перераховані разом з їх символами в таблиці нижче.

Таблиця\(PageIndex{1}\): Деякі загальні іони
Катіони		Аніони
Ім'я Іона	Хімічний символ	Ім'я Іона	Хімічний символ
Іон кальцію	Са ² ⁺	Хлорид	Кл ^-
Іон водню	Н ⁺	Фтор	F ^-
Іон заліза (II)	Фе ² ⁺	Бромід	Бр ^-
Іон заліза (III)	Фе ³ ⁺	Оксид	О ^2-

З: Чим іон заліза (III) відрізняється від іона заліза (II)?

A: Іон заліза (III) має заряд +3, тому він має на один електрон менше, ніж іон заліза (II), який має заряд +2.

З: Який заряд іона оксиду? Як його кількість електронів порівнюється з кількістю протонів?

A: Іон оксиду має заряд -2. У ньому на два електрони більше, ніж протонів.

Як утворюються іони

Процес, при якому атом стає іоном, називається іонізацією. Це може виникнути, коли атоми піддаються впливу високого рівня випромінювання. Випромінювання може дати своїм зовнішнім електронам достатньо енергії, щоб вийти з тяжіння позитивного ядра. Однак більшість іонів утворюються, коли атоми переносять електрони до інших атомів або молекул або від них. Наприклад, атоми натрію можуть передавати електрони атомам хлору. При цьому утворюються позитивні іони натрію (Na ⁺) і негативні іони хлориду (Cl ^-).

Q: Чому, на вашу думку, атоми втрачають електрони або отримують електрони від інших атомів?

A: Атоми утворюють іони, втрачаючи або отримуючи електрони, оскільки це робить їх більш стабільними, і цей стан потребує менше енергії для підтримки. Найбільш стабільним станом для атома є його зовнішній енергетичний рівень, заповнений максимально можливою кількістю електронів. У випадку таких металів, як літій, з лише одним електроном на крайньому енергетичному рівні, більш стабільний стан може бути досягнутий, втративши цей один зовнішній електрон. У випадку з неметалами, такими як фтор, який має сім електронів на крайньому енергетичному рівні, більш стабільний стан може бути досягнутий шляхом отримання одного електрона і заповнення зовнішнього енергетичного рівня.

властивості іонів

Іони мають високу реакцію, особливо як гази. Зазвичай вони вступають в реакцію з іонами протилежного заряду з утворенням нейтральних сполук. Наприклад, позитивні іони натрію та негативні іони хлориду реагують на утворення нейтральної сполуки хлориду натрію, широко відомого як кухонна сіль. Це відбувається тому, що протилежно заряджені іони притягують один одного. Іони з однаковим зарядом, з іншого боку, відштовхують один одного. Іони також відхиляються магнітним полем, як ви бачили на відкритті зображення північного сяйва.

Резюме

Атоми мають рівну кількість позитивних протонів і негативних електронів, тому вони нейтральні в електричному заряді.
Атоми можуть набирати або втрачати електрони і ставати іонами, які є атомами, які мають позитивний або негативний заряд, оскільки вони мають нерівну кількість протонів і електронів.
Процес, при якому атом стає іоном, називається іонізацією. Це може статися, коли атоми піддаються впливу високого рівня випромінювання або коли атоми переносять електрони до інших атомів або від них.
Іони реактивні, притягуються або відштовхуються іншими зарядженими частинками і відхиляються магнітним полем.

Рецензія

Чому атоми нейтральні в електричному заряді?
Визначте іон.
Порівняйте і контрастуйте катіони і аніони, і наведіть приклад кожного.
Опишіть, як утворюються іони.
Перелік властивостей іонів.
Модель на ілюстрації нижче представляє атом літію (Li). Якщо атом літію стає іоном, який тип іона буде, катіон або аніон? Яким буде електричний заряд цього іона? Як буде названий іон? Який символ буде використовуватися для його представлення?

Малюнок\(\PageIndex{3}\) (Кредит: Співробітник Фонду CK-12; Джерело: CK-12 Foundation; Ліцензія: CC BY-NC 3.0 (відкривається в новому вікні))