Ionit ja elektronit. Mitä ionit ovat - suuri lääketieteellinen tietosanakirja. Kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet
IONS (kreikasta. ioni kulkeva, vaeltava), atomit tai kemia. sähkövarauksia kuljettavat radikaalit.-Istoria. Kuten Faraday totesi ensimmäistä kertaa, sähkövirran johtuminen ratkaisuissa liittyy sähkövarauksia kuljettavien materiaalihiukkasten liikkumiseen. Sähkövirtaa johtava aine - elektrolyytti - hajoaa positiivisesti ja negatiivisesti varautuneiksi radikaaleiksi, jotka vetäytyvät sähköstaattisten voimien vaikutuksesta - ensimmäinen katodille, toinen anodille. Faraday kutsui sellaisia liuoksessa liikkuvia ja sähkövarauksia kantavia atomeja tai atomiryhmiä (radikaaleja) ioneiksi: positiivisesti varautuneet ionit (liikkuvat kohti katodia) ovat kationeja, negatiiviset anioneja. Toisin kuin metallijohtimia, joissa sähkön jakautuminen ei liity aineen siirtymiseen ja hajoamiseen, elektrolyyttiliuoksia kutsutaan "toisen tyyppisiksi johtimiksi". Faraday uskoi, että vain kun galvaaninen virta kulkee liuoksen läpi ulkoisten sähkövoimien vaikutuksesta, osa elektrolyyttimolekyyleistä hajoaa ioneiksi. Elektrolyyttisen dissosiaation teorian perustaja Arrhenius (Sv. Arrhenius) osoitti laajan kokeellisen materiaalin perusteella, että tietty osa elektrolyyttimolekyyleistä dissosioituu jatkuvasti ioneiksi, riippumatta siitä johtaako liuos sillä hetkellä sähköä. nykyinen. Tästä alkoi käsitys vapaiden ionien olemassaolosta liuoksessa stabiilina aineena. Elektrolyytin dissosiaatioaste, joka osoittaa, mikä osa sen molekyyleistä hajoaa I:ksi, on pääarvo Arrheniuksen opetuksissa, joka luonnehtii elektrolyytin osallistumista useisiin liuoksissa tapahtuviin prosesseihin. Modernia teoriaa elektrolyyttisesta dissosiaatiosta ja elektrolyyttien aktiivisuudesta kehitettiin edelleen Bjerrumin, Debyen ja Gyukkelin (Bjerrum, Debye, Htickel) ja muiden sähköstaattisten vuorovaikutusten tutkimuksissa. Näiden sähköstaattisten interionisten voimien vaikutus mahdollisti monien elektrolyyttiliuosten ominaisuuksien selittämisen, jotka eivät mahtuneet klassisen Arrhenius-teorian kehykseen. Ioniteorian tekijöillä ei ollut konkreettista käsitystä säteilyn rakenteesta ja menetelmästä aineen ja varauksen yhdistämiseksi siinä. Samalla tavalla I:n pääominaisuus, hänen hämmästyttävä kemiansa. inertti verrattuna vastaavaan neutraaliin atomiin. Joten natriumatomit reagoivat kiivaasti veden kanssa hajottamalla sitä vetyä vapauttaen; jodi antaa erityisen reaktion tärkkelyksen kanssa jne. e. Mutta NaJ-liuos, joka koostuu vapaasta I. natriumista ja jodista, ei paljasta mitään näistä reaktioista ennen kuin sen ionien varaus on tuhottu (kuten elektrolyysin tapauksessa). Nämä ionien tärkeimmät ominaisuudet voidaan ymmärtää vain nykyaikaisen rakenneteorian valossa. atomi(cm.). Ionirakenne. Rutherfordin ja Bohrin (Rutherford, Bohr) teorian mukaan aine rakentuu positiivisista ja negatiivisista sähkövarauksista. Alkuainepositiivinen varaus on protoni, jolla on vetyatomin massa, kun taas vapaalla negatiivisella varauksella, elektronilla, on 1800 kertaa pienempi massa. Atomi on rakennettu erittäin pienestä keskeisestä positiivisesta ytimestä, jonka ympärillä, kuten aurinkoa kiertävien planeettojen tavoin, elektronit kiertävät monimutkaisessa kiertoratajärjestelmässä. Atomiydin koostuu protoneista tai protonien yhdistelmästä, jossa on pienempi määrä elektroneja. Positiivisten varausten lukumäärä ytimessä (tai positiivisten varausten ylimäärä yli ytimen sisäisten elektronien lukumäärän) on yhtä suuri kuin elektronien lukumäärä ydintä ympäröivässä kuoressa. I Tämä luku kasvaa tasaisesti yhdellä, kun siirrymme H:sta (atomiytimen varauksesta 1) jokaiseen seuraavaan alkuaineeseen siinä järjestyksessä, jossa ne miehittävät jaksollinen järjestelmä (cm.). Atomiydintä ympäröivä elektronikuori koostuu useista peräkkäisistä kerroksista, joista jokainen sisältää tietyn määrän elektroneja. Ulompi kerros voi sisältää jopa 8 elektronia (poikkeus on ensimmäinen elektronikerros, joka on suoraan ytimen vieressä; suurin elektronien määrä siinä on kaksi). Jos ulkokerroksessa on "kokonaismäärä elektroneja, atomi saa täydellisen rakenteen ja epätavallisen vakaan elektronisen konfiguraation ja vastaavasti täydellisen kemiallisen inertsyyden. Nämä ovat jalokaasujen atomeja, joiden kemiallinen valenssi on nolla. Siirtyminen jaksollisen järjestelmän seuraavaan elementtiin (alkalimetalli) tarkoittaa uuden elektronin lisäämistä uudelle ulommalle elektronikerrokselle. Atomin rakentamisen jatkaminen seuraavissa elementeissä päättyy vasta seuraavan uuteen stabiiliin elektronien yhdistelmään jalokaasu Kosselin (Kos-sel) mukaan jalokaasun elektroninen konfiguraatio (jossa on kahdeksan elektronin ulkokerros) edustaa stabiilia tilaa, kunkin alkuaineen atomi pyrkii parveen siirtymään. Tämä siirtymä on suoritettu häviämällä tai vangitsemalla puuttuvat elektronit. Se esiintyy helpoimmin alkalimetalleissa ja halogenideissa, joista ensimmäinen riittää, että se menettää ja toinen hankkii yhden elektronin, tullakseen lähimmän jalon kaltaiseksi kaasulla Vastaavasti muissa elementeissä elektronien lukumäärä, joka niiden täytyy menettää tai saada, paljastaakseen tai täydentääkseen ulomman kahdeksan elektronin kerroksen, on yhtä suuri kuin niiden havaitsemien positiivisten tai negatiivisten valenssien enimmäismäärä. Tässä tapauksessa kuitenkin rikotaan atomin sähköneutraalisuutta, sen positiivisten ja negatiivisten varausten alkuperäistä yhtäläisyyttä. Atomi muuttuu positiiviseksi tai negatiiviseksi I:ksi, ja jälkimmäisen varaus vastaa etumerkillään ja suuruudeltaan vastaavan atomin tai radikaalin valenssia. Vastakkaisesti varautuneiden I:n sähköstaattinen vetovoima yhdistää ne heteropolaariseksi molekyyliksi. Väliaineissa, joissa, kuten vedessä, on korkea dielektrisyysvakio, sähköstaattisten voimien vaikutus heikkenee ja heteropolaarinen molekyyli hajoaa jälleen ioneiksi. Siten jokaisella I:llä ei ole sen atomin elektronirakennetta, josta se on peräisin, vaan lähimmän jalokaasun. Se eroaa jälkimmäisestä vain latauksessaan (ja siinä, kuinka helposti sen menettäessään se muuttuu jälleen alkuperäiseksi elementiksi). Tämä ionin rakenne selittää täysin sen tärkeimmän ominaisuuden, jonka Arrhenius totesi: hämmästyttävän kemiallisen inerttiyden, joka on vapaan I:n ominaisuus. toisin kuin I atomista, johon se muuttuu, kun se menettää varauksensa. Lähestyen stabiilin, kemiallisesti inertin jalokaasun rakennetta, ionit eroavat toisistaan vain sähkövarauksensa suuruuden ja jakautumisen eli puhtaasti fysikaalisten ominaisuuksien osalta. Tästä johtuen ne edustavat ensisijaisesti fysikaalisten tutkimusmenetelmien kohdetta, fysikaalisen kemian kohdetta. Nesteytys ja koot I. Tärkeimmät fyysiset. I:n ominaisuuksia ovat sen mitat ja sähkön suuruus. veloittaa. Varaustiheys riippuu myös näiden suureiden suhteesta, mitä suurempi, sitä pienempi on tiettyä varausta kantavan hiukkasen koko. Kuitenkin, jos haluaisimme muodostaa käsityksen niiden suhteellisesta suuruudesta I:n rakenteesta, heidän elektronisesta mallistaan, tekisimme vakavan virheen. Vedessä olevat ionit Li -, Na", K" jne. koostuvat paitsi mainituista aineista, myös merkittävästä määrästä niihin läheisesti liittyviä ja yhdessä liikkuvia vesimolekyylejä. Vesimolekyyli, kuten monien muidenkin aineiden molekyyli, on dipoli, jonka vastakkaisiin päihin on keskittynyt vastakkaiset varaukset (toisessa navassa on negatiivinen happivaraus, toisessa positiivinen vedyn varaus). Tällaiset dipolit ovat suuntautuneet varautuneen hiukkasen ympärille, ja ne houkuttelevat niitä vastakkaisella napallaan. Tämän seurauksena jokainen vesiliuoksessa oleva ioni hydratoituu, ja sitä ympäröi vesimolekyyleistä rakennettu kuori. Mitä kauempana keskustasta, sitä epätarkempi tämä suuntaus muuttuu vähitellen vapaiden vesimolekyylien kaoottiseksi jakautumiseksi. Että. I:n nesteytys johtuu heidän sähkövarauksestaan (Born). Hydraation seurauksena I.:n mitat itsenäisesti liikkuvana hiukkasena voivat kasvaa merkittävästi, ja usein pienemmät atomimitat omaavat ionit, kuten esim. Li saavuttaa vielä suuremman arvon kuin I., muodostuu suuremmista atomeista, kuten K. Tämä merkitsee toista, yhtä paradoksaalista johtopäätöstä, joka on erittäin tärkeä tiettyjen solun läpäisevyyden ongelmien ymmärtämiseksi: kun molekyyli hajoaa ioneiksi, jälkimmäinen (yhdessä ympäröivän vesivuorauksen kanssa!) voi olla mitoiltaan suurempi kuin itse molekyyli, joka erottaa ne. Liikkuvuus I. Tietyt toiminnot ovat ominaisia I.:lle neutraalien molekyylien ohella. Tämä on osmoottinen paine, joka riippuu vain liuenneiden hiukkasten liike-energiasta. Toiset johtuvat sähkövarauksesta, joka tekee eron I:n ja neutraalin molekyylin välillä. Näihin ominaisuuksiin kuuluu sähkönjohtavuus. Se määräytyy ionivarausten määrän ja I:n liikkuvuuden tulolla. Jokainen I. liikkuu sähkökentässä nopeudella, joka on verrannollinen siihen vaikuttavaan voimaan ja kääntäen verrannollinen sen kohtaamaan vastukseen. Jos potentiaaliero on yksi voltti per 1 syö siis liikenopeus (in cm/s. 18°) ilmaistaan useille ioneille seuraavilla luvuilla: Kation U (cm/s) Anioni V (cm/s) 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 no; Mpo; 18.2 .yu-" 6.85.10-" 7.0 .1Q-" 6.95. )