ไอออนและอิเล็กตรอน ไอออนคืออะไร - สารานุกรมทางการแพทย์ขนาดใหญ่ คุณสมบัติทางเคมีและกายภาพ

ไอออน (จากภาษากรีก. ไอออนไป, เร่ร่อน), อะตอมหรือเคมี. อนุมูลแบกประจุไฟฟ้า. ตามที่ฟาราเดย์ก่อตั้งขึ้นเป็นครั้งแรก การนำกระแสไฟฟ้าในสารละลายเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของอนุภาควัสดุที่มีประจุไฟฟ้า สารที่นำกระแสไฟฟ้า - อิเล็กโทรไลต์ - สลายตัวเป็นอนุมูลที่มีประจุบวกและลบซึ่งถูกดึงดูดโดยการกระทำของแรงไฟฟ้าสถิต - ตัวแรกถึงขั้วลบ ตัวที่สองไปยังขั้วบวก ฟาราเดย์เรียกว่าอะตอมหรือกลุ่มอะตอม (อนุมูล) ดังกล่าวซึ่งเคลื่อนที่ในสารละลายและมีประจุไฟฟ้าไอออน: ไอออนที่มีประจุบวก (เคลื่อนที่ไปทางแคโทด) เป็นไอออนบวกและประจุลบคือแอนไอออน ซึ่งแตกต่างจากตัวนำโลหะซึ่งการจ่ายไฟฟ้าไม่เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนและการสลายตัวของสสาร สารละลายอิเล็กโทรไลต์เรียกว่า "ตัวนำประเภทที่สอง" ฟาราเดย์เชื่อว่าเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านสารละลายโดยการกระทำของแรงไฟฟ้าภายนอก โมเลกุลอิเล็กโทรไลต์บางส่วนจะถูกแยกออกเป็นไอออน ผู้ก่อตั้งทฤษฎีการแยกตัวด้วยไฟฟ้า Arrhenius (Sv. Arrhenius) บนพื้นฐานของวัสดุทดลองขนาดใหญ่ แสดงให้เห็นว่าส่วนหนึ่งของโมเลกุลอิเล็กโทรไลต์ถูกแยกออกเป็นไอออนอย่างต่อเนื่องโดยไม่คำนึงว่าสารละลายกำลังนำไฟฟ้าอยู่หรือไม่ ปัจจุบัน. นี่เป็นจุดเริ่มต้นของแนวคิดเรื่องการมีอยู่ของไอออนอิสระในสารละลายในฐานะสถานะของสสารที่เสถียร ระดับความแตกแยกของอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งบ่งชี้ว่าส่วนใดของโมเลกุลแตกตัวเป็น I. เป็นค่านิยมหลักในคำสอนของ Arrhenius ที่ระบุลักษณะการมีส่วนร่วมของอิเล็กโทรไลต์ในกระบวนการต่างๆ ที่เกิดขึ้นในสารละลาย ทฤษฎีสมัยใหม่ของการแยกตัวด้วยไฟฟ้าและกิจกรรมของอิเล็กโทรไลต์ได้รับการพัฒนาเพิ่มเติมในการศึกษาของ Bjerrum, Debye และ Gyukkel (Bjerrum, Debye, Htickel) และอื่น ๆ ปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิต อิทธิพลของแรงระหว่างไอออนไฟฟ้าสถิตเหล่านี้ทำให้สามารถอธิบายคุณลักษณะหลายอย่างของสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่ไม่เข้ากับกรอบของทฤษฎี Arrhenius แบบคลาสสิกได้ ผู้สร้างทฤษฎีไอออนิกไม่มีความคิดที่เป็นรูปธรรมเกี่ยวกับโครงสร้างของรังสีและวิธีการรวมสสารและประจุเข้าด้วยกัน ในทำนองเดียวกันคุณสมบัติหลักของ I. เคมีที่น่าทึ่งของเขา ความเฉื่อยเมื่อเทียบกับอะตอมที่เป็นกลางที่สอดคล้องกัน ดังนั้นโซเดียมอะตอมจึงทำปฏิกิริยารุนแรงกับน้ำ สลายตัวด้วยการปล่อยไฮโดรเจน ไอโอดีนให้ปฏิกิริยาจำเพาะกับแป้ง เป็นต้น e. แต่สารละลายของ NaJ ซึ่งประกอบด้วย I. โซเดียมและไอโอดีนอิสระ ไม่เปิดเผยปฏิกิริยาใดๆ เหล่านี้จนกว่าประจุของไอออนจะถูกทำลาย (เช่นในกรณีของอิเล็กโทรไลซิส) คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดเหล่านี้สามารถเข้าใจได้ในแง่ของทฤษฎีโครงสร้างสมัยใหม่เท่านั้น อะตอม(ซม.). โครงสร้างไอออน ตามทฤษฎีของ Rutherford and Bohr (Rutherford, Bohr) สสารถูกสร้างขึ้นจากประจุไฟฟ้าบวกและลบ ประจุบวกเบื้องต้นคือโปรตอนซึ่งมีมวลของอะตอมไฮโดรเจน ในขณะที่ประจุลบอิสระคืออิเล็กตรอนมีมวลน้อยกว่า 1,800 เท่า อะตอมถูกสร้างขึ้นจากนิวเคลียสบวกที่อยู่ตรงกลางที่มีขนาดเล็กมาก ซึ่งรอบๆ เช่นเดียวกับดาวเคราะห์ที่เคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์ อิเล็กตรอนจะหมุนรอบระบบที่ซับซ้อนของวงโคจร นิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วยโปรตอนหรือโปรตอนรวมกันที่มีอิเล็กตรอนจำนวนน้อยกว่า จำนวนประจุบวกในนิวเคลียส (หรือประจุบวกเกินจำนวนอิเล็กตรอนในนิวเคลียส) เท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนในเปลือกรอบนิวเคลียส I ตัวเลขนี้จะเพิ่มขึ้นอย่างเท่าเทียมกันเมื่อเราเคลื่อนจาก H (ประจุของนิวเคลียสอะตอม 1) ไปยังองค์ประกอบที่ตามมาแต่ละองค์ประกอบตามลำดับที่พวกมันครอบครอง ระบบเป็นระยะ (ซม.). เปลือกอิเล็กตรอนที่ล้อมรอบนิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วยชั้นต่างๆ ที่ต่อเนื่องกัน ซึ่งแต่ละชั้นประกอบด้วยอิเล็กตรอนจำนวนหนึ่ง ชั้นนอกสามารถมีอิเล็กตรอนได้มากถึง 8 ตัว (ยกเว้นชั้นอิเล็กตรอนแรกที่อยู่ติดกับนิวเคลียสโดยตรง จำนวนอิเล็กตรอนมากที่สุดในนั้นคือ 2 ตัว) หากมีจำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมดในชั้นนอก อะตอมจะได้รับโครงสร้างที่สมบูรณ์และการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เสถียรผิดปกติ และความเฉื่อยทางเคมีที่สมบูรณ์ สิ่งเหล่านี้คืออะตอมของก๊าซมีตระกูลซึ่งมีความจุทางเคมีเป็นศูนย์ การเปลี่ยนผ่านไปยังองค์ประกอบถัดไปของระบบธาตุ (โลหะอัลคาไล ) หมายถึงการเพิ่มอิเล็กตรอนใหม่ที่อยู่บนชั้นอิเล็กตรอนชั้นนอกใหม่ การสร้างอะตอมอย่างต่อเนื่องในองค์ประกอบที่ตามมาจะจบลงด้วยการรวมอิเล็กตรอนใหม่ที่เสถียรของอิเล็กตรอนถัดไป ก๊าซมีตระกูล ตาม Kossel (Kos-sel) การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของก๊าซมีตระกูล (ที่มีชั้นนอกแปดอิเล็กตรอน) แสดงถึงสถานะที่เสถียร อะตอมของแต่ละองค์ประกอบพยายามให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในฝูง การเปลี่ยนแปลงนี้สำเร็จ โดยการสูญเสียหรือจับอิเล็กตรอนที่หายไป เกิดได้ง่ายที่สุดในโลหะอัลคาไลและเฮไลด์ ซึ่งเพียงพอสำหรับตัวแรกที่สูญเสีย และตัวที่สองที่จะได้รับอิเล็กตรอนหนึ่งตัว ให้กลายเป็นเหมือนขุนนางที่ใกล้ที่สุด ที่แก๊ส ในทำนองเดียวกัน ในองค์ประกอบอื่นๆ จำนวนอิเล็กตรอนที่พวกมันจะต้องสูญเสียหรือได้รับเพื่อที่จะเปิดเผยหรือทำให้ชั้นอิเล็กตรอนแปดอิเล็กตรอนชั้นนอกสมบูรณ์สมบูรณ์นั้น จะเท่ากับจำนวนสูงสุดของเวเลนซ์บวกหรือลบที่พวกมันตรวจพบ อย่างไรก็ตาม ในกรณีนี้ ความเป็นกลางทางไฟฟ้าของอะตอม ความเท่าเทียมกันเริ่มต้นของประจุบวกและประจุลบถูกละเมิด อะตอมจะเปลี่ยนเป็นค่าบวกหรือค่าลบ I. และประจุของประจุหลังจะสอดคล้องกับเครื่องหมายและขนาดของความจุของอะตอมหรืออนุมูลที่เกี่ยวข้อง แรงดึงดูดของไฟฟ้าสถิตของ I. ที่มีประจุตรงข้ามกันจะเชื่อมต่อพวกมันเข้ากับโมเลกุลเฮเทอโรโพลาร์ ในตัวกลางที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูง ผลของแรงไฟฟ้าสถิตจะลดลง และโมเลกุลเฮเทอโรโพลาร์จะสลายตัวเป็นไอออนอีกครั้ง ดังนั้น I. แต่ละตัวจึงมีโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ไม่ใช่ของอะตอมที่กำเนิดมาจากอะตอม แต่เป็นของก๊าซมีตระกูลที่ใกล้ที่สุด มันแตกต่างจากหลังเท่านั้นในการชาร์จ (และในความสะดวกที่สูญเสียมันกลับกลายเป็นองค์ประกอบดั้งเดิมอีกครั้ง) โครงสร้างของไอออนนี้อธิบายคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของมันอย่างครบถ้วน โดย Arrhenius ระบุไว้ว่า: ความเฉื่อยของสารเคมีที่น่าอัศจรรย์ ซึ่งเป็นคุณลักษณะของ I อิสระ ตรงกันข้ามกับ I จากอะตอมที่จะเปลี่ยนไปเมื่อมันสูญเสียประจุ เมื่อเข้าใกล้โครงสร้างของก๊าซมีตระกูลที่มีความเสถียรและเฉื่อยทางเคมี ไอออนจะมีความแตกต่างกันในด้านขนาดและการกระจายของประจุไฟฟ้าเท่านั้น กล่าวคือ ในคุณสมบัติทางกายภาพล้วนๆ ด้วยเหตุนี้ สิ่งเหล่านี้จึงเป็นตัวแทนของวิธีการวิจัยทางกายภาพเป็นหลัก ซึ่งเป็นวัตถุของเคมีกายภาพ Hydration และขนาด I. ที่สำคัญที่สุดทางกายภาพ. คุณสมบัติของ I. คือขนาดและขนาดของไฟฟ้า ค่าใช้จ่าย. ความหนาแน่นของประจุยังขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของปริมาณเหล่านี้ ยิ่งมาก ขนาดของอนุภาคที่มีประจุก็จะยิ่งเล็กลง อย่างไรก็ตาม หากเราต้องการสร้างแนวคิดเกี่ยวกับขนาดสัมพัทธ์จากโครงสร้างของ I. จากแบบจำลองอิเล็กทรอนิกส์ เราจะทำผิดพลาดอย่างร้ายแรง Ions Li -, Na", K" ฯลฯ ในน้ำไม่เพียงประกอบด้วยสารที่ระบุเท่านั้น แต่ยังรวมถึงโมเลกุลของน้ำจำนวนมากที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับพวกมันและเคลื่อนที่ไปด้วยกัน โมเลกุลของน้ำเช่นเดียวกับโมเลกุลของสารอื่น ๆ เป็นไดโพลที่ปลายด้านตรงข้ามซึ่งมีประจุตรงข้ามเข้มข้น (บนขั้วหนึ่งมีประจุลบของออกซิเจนและอีกขั้วเป็นประจุบวกของไฮโดรเจน) ไดโพลดังกล่าวจะมุ่งไปรอบ ๆ อนุภาคที่มีประจุ โดยถูกดึงดูดโดยขั้วตรงข้ามของพวกมัน เป็นผลให้แต่ละอิออนในสารละลายในน้ำถูกไฮเดรท ล้อมรอบด้วยเปลือกที่สร้างจากโมเลกุลของน้ำ ยิ่งห่างจากศูนย์กลางมากเท่าไร ทิศทางนี้ก็จะยิ่งแม่นยำน้อยลงเท่านั้น และค่อยๆ กลายเป็นการกระจายตัวของโมเลกุลน้ำอิสระที่ไม่เป็นระเบียบ ที่. ความชุ่มชื้นของ I. เกิดจากประจุไฟฟ้า (เกิด) เป็นผลมาจากการให้น้ำ มิติของ I. ซึ่งเป็นอนุภาคที่เคลื่อนที่อย่างอิสระสามารถเพิ่มขึ้นได้อย่างมีนัยสำคัญ และมักจะมีไอออนที่มีขนาดอะตอมที่เล็กกว่า เช่น Li ถึงค่าที่มากกว่า I. ซึ่งก่อตัวขึ้นจากอะตอมที่ใหญ่กว่า เช่น K ซึ่งหมายถึงข้อสรุปที่ไม่ขัดแย้งกัน ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำความเข้าใจปัญหาบางประการของการซึมผ่านของเซลล์ เมื่อโมเลกุลแตกตัวเป็นไอออน หลัง (ร่วมกับซับในของน้ำโดยรอบ!) สามารถมีขนาดที่ใหญ่กว่าตัวโมเลกุลซึ่งแยกตัวออกจากกัน ความคล่องตัว I. การกระทำบางอย่างเป็นคุณลักษณะของ I. พร้อมกับโมเลกุลที่เป็นกลาง นี่คือแรงดันออสโมติกซึ่งขึ้นอยู่กับพลังงานจลน์ของอนุภาคที่ละลายเท่านั้น สาเหตุอื่นๆ เกิดจากประจุไฟฟ้าที่สร้างความแตกต่างระหว่าง I. และโมเลกุลที่เป็นกลาง คุณสมบัติเหล่านี้รวมถึงการนำไฟฟ้า มันถูกกำหนดโดยผลคูณของจำนวนประจุไอออนิกและการเคลื่อนที่ของ I. I. แต่ละตัวเคลื่อนที่ในสนามไฟฟ้าด้วยความเร็วเป็นสัดส่วนกับแรงที่กระทำกับมันและแปรผกผันกับความต้านทานที่มันเผชิญ หากความต่างศักย์เท่ากับหนึ่งโวลต์ต่อ 1 กินแล้วความเร็วในการเคลื่อนที่ (in ซม./วินาทีที่ 18°) จะแสดงสำหรับไอออนหลายตัวด้วยตัวเลขต่อไปนี้: Cation ยู (ซม./วินาที)ประจุลบ V (ซม./วินาที) 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. )