Joner och elektroner. Vad är joner - ett stort medicinskt uppslagsverk. Kemiska och fysikaliska egenskaper

JONER (av grek. jongående, vandrande), atomer eller chem. radikaler som bär elektriska laddningar.-Istoria. Som Faraday slog fast för första gången är ledning av elektrisk ström i lösningar associerad med rörelsen av materialpartiklar som bär elektriska laddningar. Ett ämne som leder en elektrisk ström - en elektrolyt - sönderdelas till positivt och negativt laddade radikaler, som attraheras av verkan av elektrostatiska krafter - den första till katoden, den andra till anoden. Faraday kallade sådana atomer eller atomgrupper (radikaler) som rör sig i lösning och bär elektriska laddningar joner: positivt laddade joner (som rör sig mot katoden) är katjoner, negativa är anjoner. Till skillnad från metallledare, där distributionen av elektricitet inte är förknippad med överföring och nedbrytning av materia, kallas elektrolytlösningar "ledare av det andra slaget". Faraday trodde att endast när en galvanisk ström passerar genom lösningen genom inverkan av yttre elektriska krafter, delas några av elektrolytmolekylerna i joner. Grundaren av teorin om elektrolytisk dissociation Arrhenius (Sv. Arrhenius) visade på grundval av omfattande experimentmaterial att en viss del av elektrolytmolekylerna ständigt dissocieras till joner, oavsett om lösningen för närvarande leder elektricitet. nuvarande. Detta lade grunden för konceptet om existensen av fria joner i lösning som ett stabilt tillstånd av materia. Graden av dissociation av en elektrolyt, som indikerar vilken del av dess molekyler som bryts upp i I., är huvudvärdet i Arrhenius läror som kännetecknar deltagandet av en elektrolyt i ett antal processer som sker i lösningar. Den moderna teorin om elektrolytisk dissociation och elektrolyters aktivitet vidareutvecklades i studier av Bjerrum, Debye och Gyukkel (Bjerrum, Debye, Htickel) och andra elektrostatiska interaktioner. Inverkan av dessa elektrostatiska interioniska krafter gjorde det möjligt att förklara många egenskaper hos elektrolytlösningar som inte passade in i den klassiska Arrhenius-teorin. Skaparna av den joniska teorin hade inte en konkret uppfattning om strålningsstrukturen och metoden för att kombinera materia och laddning i den. På samma sätt, huvudegenskapen för I., hans fantastiska chem. tröghet jämfört med motsvarande neutrala atom. Så natriumatomer reagerar våldsamt med vatten och sönderdelar det med frisättning av väte; jod ger en specifik reaktion med stärkelse osv. e. Men en lösning av NaJ, bestående av fritt I. natrium och jod, avslöjar inte någon av dessa reaktioner förrän laddningen av dess joner förstörs (som är fallet med elektrolys). Dessa viktigaste egenskaper hos joner kunde endast förstås i ljuset av modern strukturteori. atom(centimeter.). Jonstruktur. Enligt Rutherfords och Bohrs teori (Rutherford, Bohr) är materia uppbyggd av positiva och negativa elektriska laddningar. Den elementära positiva laddningen är protonen, som har massan av en väteatom, medan den fria negativa laddningen, elektronen, har 1 800 gånger mindre massa. Atomen är uppbyggd av en extremt liten central positiv kärna, runt vilken, liksom planeterna som rör sig runt solen, elektroner kretsar i ett komplext omloppssystem. Atomkärnan består av protoner eller en kombination av protoner med ett mindre antal elektroner. Antalet positiva laddningar i kärnan (eller överskottet av positiva laddningar över antalet intranukleära elektroner) är lika med antalet elektroner i skalet som omger kärnan. I Detta antal ökar jämnt med ett när vi går från H (laddningen av atomkärnan 1) till varje efterföljande element, enligt den ordning som de upptar i periodiska systemet (centimeter.). Elektronskalet som omger atomkärnan består av ett antal på varandra följande lager, som vart och ett innehåller ett visst antal elektroner. Det yttre lagret kan innehålla upp till 8 elektroner (undantaget är det första elektronlagret, direkt intill kärnan; det största antalet elektroner i det är två). Om det finns ett totalt "antal elektroner i det yttre lagret, får atomen en fullständig struktur och en ovanligt stabil elektronisk konfiguration, och följaktligen fullständig kemisk tröghet. Dessa är atomer av ädelgaser, vars kemiska valens är noll. Övergången till nästa element i det periodiska systemet (alkalimetall) innebär tillägg av en ny elektron placerad på ett nytt yttre elektronskikt. Den fortsatta konstruktionen av atomen i efterföljande element slutar endast med en ny stabil kombination av elektroner i nästa ädelgas. Enligt Kossel (Kos-sel) representerar den elektroniska konfigurationen av en ädelgas (med ett yttre skikt av åtta elektroner) ett stabilt tillstånd, en atom av varje grundämne strävar efter en övergång i en svärm. Denna övergång är genomförd genom att förlora eller fånga de saknade elektronerna.Det förekommer lättast i alkalimetaller och halogenider, av vilka det räcker för den första att förlora och den andra att förvärva en elektron, för att bli som närmaste ädla vid gasen På liknande sätt, i andra element, är antalet elektroner som de måste förlora eller vinna för att exponera eller fullborda det yttre åttaelektronskiktet lika med det maximala antalet positiva eller negativa valenser som de upptäcker. I detta fall kränks emellertid atomens elektriska neutralitet, den initiala likheten mellan dess positiva och negativa laddningar. En atom omvandlas till ett positivt eller negativt I., och den senares laddning motsvarar i tecken och storlek valensen hos motsvarande atom eller radikal. Den elektrostatiska attraktionen av motsatt laddad I. förbinder dem till en heteropolär molekyl. I medier som, liksom vatten, har en hög dielektricitetskonstant, försvagas effekten av elektrostatiska krafter, och den heteropolära molekylen sönderdelas igen till sina joner. Således har varje I. den elektroniska strukturen inte av atomen från vilken den härstammar, utan av den närmaste ädelgasen. Den skiljer sig från den senare endast i sin laddning (och i den lätthet med vilken den, när den förlorar den, återigen förvandlas till det ursprungliga elementet). Denna struktur av jonen förklarar fullt ut dess viktigaste egenskap, noterad av Arrhenius: fantastisk kemisk tröghet, som är en egenskap hos fritt I. i motsats till I från atomen som den övergår till när den tappar sin laddning. När man närmar sig strukturen hos en stabil, kemiskt inert ädelgas, skiljer sig joner från varandra endast i storleken och fördelningen av deras elektriska laddning, det vill säga i rent fysiska egenskaper. På grund av detta representerar de ett objekt främst av fysikaliska metoder för forskning, ett objekt för fysikalisk kemi. Hydrering och storlekar I. Den viktigaste fysiska. I:s egenskaper är dess dimensioner och storleken på det elektriska. avgift. Laddningsdensiteten beror också på förhållandet mellan dessa kvantiteter, ju större, desto mindre är storleken på partikeln som bär en given laddning. Men om vi ville bilda en uppfattning om deras relativa storlek från strukturen av I., från deras elektroniska modell, skulle vi göra ett allvarligt misstag. Joner Li -, Na", K", etc. i vatten består inte bara av de angivna ämnena, utan också av en betydande mängd vattenmolekyler som är nära förknippade med dem och som rör sig tillsammans. Vattenmolekylen, liksom molekylen av många andra ämnen, är en dipol, i vars motsatta ändar är motsatta laddningar koncentrerade (på ena polen finns en negativ laddning av syre, på den andra en positiv laddning av väte). Sådana dipoler är orienterade runt en laddad partikel och attraheras till den av sin motsatta pol. Som ett resultat hydratiseras varje jon i en vattenlösning, omgiven av ett skal byggt av vattenmolekyler. Ju längre från mitten, desto mindre exakt blir denna orientering och gradvis förvandlas till en kaotisk fördelning av fria vattenmolekyler. Det där. I.s hydrering orsakas av deras elektriska laddning (Born). Som ett resultat av hydratisering kan dimensionerna av I., som en oberoende rörlig partikel, öka avsevärt, och ofta joner som har mindre atomära dimensioner, som t.ex. Li, nå ett ännu större värde än I., bildat av större atomer, som K. Detta innebär en annan, inte mindre paradoxal slutsats, som är av stor betydelse för att förstå vissa problem med cellpermeabilitet: när en molekyl bryts ner till joner, senare (tillsammans med det omgivande vattenskiktet!) kan ha större dimensioner än själva molekylen, vilket dissocierar dem. Rörlighet I. Vissa handlingar är karakteristiska för I. tillsammans med neutrala molekyler. Detta är det osmotiska trycket, som endast beror på den kinetiska energin hos de lösta partiklarna. Andra beror på den elektriska laddningen som gör skillnaden mellan I. och en neutral molekyl. Dessa egenskaper inkluderar elektrisk ledningsförmåga. Det bestäms av produkten av antalet jonladdningar och rörligheten hos I. Varje I. rör sig i ett elektriskt fält med en hastighet som är proportionell mot kraften som verkar på den och omvänt proportionell mot det motstånd den möter. Om potentialskillnaden är en volt per 1 äta då rörelsehastighet (in cm/sek. vid 18°) kommer att uttryckas för flera joner med följande figurer: Katjon U (cm/s) Anjon 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 nr; Mpo; 18.2 .yu-" 6.85.10-" 7.0 .1Q-" 6.95. )