Joni i elektroni. Šta su joni - velika medicinska enciklopedija. Hemijska i fizička svojstva

IONI (od grč. ion-ide, lutanje), atomi ili hem. radikali koji nose električne naboje.-Istoria. Kao što je Faraday prvi put ustanovio, provođenje električne struje u otopinama je povezano s kretanjem materijalnih čestica koje nose električni naboj. Supstanca koja provodi električnu struju - elektrolit - razlaže se na pozitivno i negativno nabijene radikale, koji se privlače djelovanjem elektrostatičkih sila - prvi na katodu, drugi na anodu. Faraday je takve atome ili atomske grupe (radikali) koji se kreću u otopini i nose električne naboje jonima: pozitivno nabijeni ioni (kreću se prema katodi) su kationi, negativni su anioni. Za razliku od metalnih provodnika, kod kojih distribucija električne energije nije povezana s prijenosom i razgradnjom tvari, otopine elektrolita nazivaju se "provodnicima druge vrste". Faraday je vjerovao da samo kada se galvanska struja propušta kroz otopinu djelovanjem vanjskih električnih sila, neki od molekula elektrolita se dijele na ione. Osnivač teorije elektrolitičke disocijacije Arrhenius (Sv. Arrhenius) je na osnovu ogromnog eksperimentalnog materijala pokazao da se određeni dio molekula elektrolita konstantno disocira na ione, bez obzira na to da li otopina trenutno provodi struju. struja. Ovo je bio početak koncepta postojanja slobodnih jona u rastvoru kao stabilnog stanja materije. Stepen disocijacije elektrolita, koji pokazuje koji se dio njegovih molekula raspada u I., glavna je vrijednost u Arrheniusovim učenjima koja karakterizira učešće elektrolita u brojnim procesima koji se odvijaju u otopinama. Moderna teorija elektrolitičke disocijacije i aktivnosti elektrolita dalje je razvijena u studijama Bjerrum, Debye i Gyukkel (Bjerrum, Debye, Htickel) i dr. elektrostatičkih interakcija. Utjecaj ovih elektrostatičkih međuionskih sila omogućio je da se objasne mnoge karakteristike otopina elektrolita koje se nisu uklapale u okvire klasične Arrheniusove teorije. Tvorci jonske teorije nisu imali konkretnu ideju o strukturi zračenja i načinu kombinovanja materije i naboja u njoj. Na isti način, glavno svojstvo I., njegova nevjerovatna hem. inertnost u odnosu na odgovarajući neutralni atom. Dakle, atomi natrija burno reaguju s vodom, razgrađujući je uz oslobađanje vodika; jod daje specifičnu reakciju sa škrobom itd. e. Ali rastvor NaJ, koji se sastoji od slobodnog I. natrijuma i joda, ne otkriva nijednu od ovih reakcija sve dok se naboj njegovih jona ne uništi (kao što je slučaj sa elektrolizom). Ova najvažnija svojstva jona mogu se razumjeti samo u svjetlu moderne strukturne teorije. atom(cm.). Ionska struktura. Prema teoriji Rutherforda i Bohra (Rutherford, Bohr), materija je izgrađena od pozitivnih i negativnih električnih naboja. Elementarni pozitivni naboj je proton, koji ima masu atoma vodika, dok slobodni negativni naboj, elektron, ima 1800 puta manju masu. Atom je izgrađen od izuzetno malog centralnog pozitivnog jezgra, oko kojeg, poput planeta koje se kreću oko Sunca, elektroni kruže u složenom sistemu orbita. Atomsko jezgro se sastoji od protona ili kombinacije protona sa manjim brojem elektrona. Broj pozitivnih naboja u jezgru (ili višak pozitivnih naboja u odnosu na broj intranuklearnih elektrona) jednak je broju elektrona u ljusci koja okružuje jezgro. I Ovaj broj raste jednoliko za jedan kako se krećemo od H (naboja atomskog jezgra 1) do svakog sljedećeg elementa, prema redoslijedu koji zauzimaju u periodični sistem (cm.). Elektronska ljuska koja okružuje atomsko jezgro sastoji se od niza uzastopnih slojeva, od kojih svaki sadrži određeni broj elektrona. Vanjski sloj može sadržavati do 8 elektrona (izuzetak je prvi elektronski sloj, koji se nalazi neposredno uz jezgro; najveći broj elektrona u njemu je dva). Ako postoji ukupan "broj elektrona u vanjskom sloju, atom dobiva kompletnu strukturu i neobično stabilnu elektronsku konfiguraciju, a shodno tome i potpunu kemijsku inertnost. To su atomi plemenitih plinova čija je kemijska valencija nula. Prelazak na sledeći element periodnog sistema (alkalni metal) znači dodavanje novog elektrona koji se nalazi na novom spoljašnjem elektronskom sloju.Nastavak izgradnje atoma u narednim elementima završava se tek novom stabilnom kombinacijom elektrona sledećeg plemeniti gas Prema Kosselu (Kos-sel), elektronska konfiguracija plemenitog gasa (sa spoljnim slojem od osam elektrona) predstavlja stabilno stanje, atom svakog elementa teži da pređe u roj.Ovaj prelaz se postiže tako što gubljenje ili hvatanje elektrona koji nedostaju.Najlakše se dešava u alkalnim metalima i halogenidima, od kojih je dovoljno da prvi izgubi, a drugi da stekne jedan elektron, da bi postao kao najbliži plemeniti na gas Slično, u drugim elementima, broj elektrona koje moraju izgubiti ili dobiti da bi otkrili ili dovršili vanjski sloj od osam elektrona jednak je maksimalnom broju pozitivnih ili negativnih valencija koje detektuju. U ovom slučaju, međutim, narušena je elektroneutralnost atoma, početna jednakost njegovih pozitivnih i negativnih naboja. Atom se pretvara u pozitivan ili negativan I., a naboj potonjeg odgovara znaku i veličini valenciji odgovarajućeg atoma ili radikala. Elektrostatičko privlačenje suprotno nabijenih I. povezuje ih u heteropolarni molekul. U medijima koji imaju, poput vode, visoku dielektričnu konstantu, djelovanje elektrostatičkih sila je oslabljeno, a heteropolarna molekula se ponovo raspada na svoje ione. Dakle, svaki I. ima elektronsku strukturu ne atoma iz kojeg potiče, već najbližeg plemenitog plina. Od potonjeg se razlikuje samo po svom naboju (i po lakoći s kojom se, gubeći ga, ponovo pretvara u izvorni element). Ova struktura jona u potpunosti objašnjava njegovu najvažniju osobinu, koju je primijetio Arrhenius: zadivljujuću kemijsku inertnost, što je karakteristika slobodnog I. za razliku od I od atoma u koji se pretvara kada izgubi naboj. Približavajući se strukturi stabilnog, hemijski inertnog plemenitog gasa, joni se međusobno razlikuju samo po veličini i raspodeli svog električnog naboja, odnosno po čisto fizičkim svojstvima. Zbog toga predstavljaju objekt prvenstveno fizičkih metoda istraživanja, objekt fizičke hemije. Hidratacija i veličine I. Najvažnija fizička. I. svojstva su njegove dimenzije i veličina električne energije. naplatiti. Gustoća naboja također ovisi o odnosu ovih veličina, što je veća, to je manja veličina čestice koja nosi dati naboj. Međutim, kada bismo hteli da formiramo predstavu o njihovoj relativnoj veličini iz strukture I., iz njihovog elektronskog modela, napravili bismo ozbiljnu grešku. Joni Li -, Na", K" itd. u vodi sastoje se ne samo od naznačenih supstanci, već i od značajne količine molekula vode koji su usko povezani s njima i kreću se zajedno. Molekula vode, kao i molekula mnogih drugih tvari, je dipol, na čijim su suprotnim krajevima koncentrirani suprotni naboji (na jednom polu je negativan naboj kisika, a na drugom pozitivan naboj vodika). Takvi dipoli su orijentirani oko nabijene čestice, privlačeći je svojim suprotnim polom. Kao rezultat, svaki ion u vodenoj otopini je hidratiziran, okružen ljuskom izgrađenom od molekula vode. Što je dalje od centra, ova orijentacija postaje manje točna, postepeno se pretvarajući u haotičnu raspodjelu slobodnih molekula vode. To. Hidrataciju I. uzrokuje njihov električni naboj (Born). Kao rezultat hidratacije, dimenzije I., kao nezavisno pokretne čestice, mogu značajno porasti, a često i joni koji imaju manje atomske dimenzije, kao npr. Li, dostižu čak i veću vrijednost od I., nastalih od većih atoma, poput K. To implicira još jedan, ništa manje paradoksalan zaključak, koji je od velike važnosti za razumijevanje određenih problema propusnosti ćelije: kada se molekula raspadne na jone, potonji (zajedno sa okolnom vodenom oblogom!) mogu imati veće dimenzije od samog molekula, što ih razdvaja. Mobilnost I. Određena djelovanja su karakteristična za I. uz neutralne molekule. Ovo je osmotski pritisak, koji zavisi samo od kinetičke energije otopljenih čestica. Drugi su zbog električnog naboja koji čini razliku između I. i neutralne molekule. Ova svojstva uključuju električnu provodljivost. Određuje se proizvodom broja ionskih naboja i pokretljivosti I. Svaki I. se kreće u električnom polju brzinom proporcionalnom sili koja na njega djeluje i obrnuto proporcionalnom otporu na koji nailazi. Ako je razlika potencijala jedan volt po 1 onda jedi brzina kretanja (in cm/sec. na 18°) biće izraženo za nekoliko jona sledećim brojkama: 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 br; Mpo; 18.2 .yu-" 6.85.10-" 7.0 .1Q-" 6.95. )