İyonlar ve elektronlar. İyonlar nedir - büyük bir tıbbi ansiklopedi. Kimyasal ve fiziksel özellikler

İYONLAR (Yunancadan. iyonlaşma, gezinme), atomlar veya kimya. elektrik yükü taşıyan radikaller.-Istoria. Faraday'ın ilk kez ortaya koyduğu gibi, çözeltilerde elektrik akımının iletimi, elektrik yükleri taşıyan madde parçacıklarının hareketi ile ilişkilidir. Elektrik akımı ileten bir madde - bir elektrolit - elektrostatik kuvvetlerin etkisiyle çekilen pozitif ve negatif yüklü radikallere ayrışır - birincisi katoda, ikincisi anoda. Faraday, çözelti içinde hareket eden ve elektrik yükü taşıyan bu tür atomlara veya atomik gruplara (radikaller) denir: pozitif yüklü iyonlar (katoda doğru hareket eden) katyonlardır, negatif olanlar ise anyonlardır. Elektriğin dağıtımının maddenin transferi ve ayrışması ile ilişkili olmadığı metal iletkenlerin aksine, elektrolit çözeltilerine "ikinci tür iletkenler" denir. Faraday, yalnızca dış elektrik kuvvetlerinin etkisiyle çözeltiden bir galvanik akım geçtiğinde, elektrolit moleküllerinin bir kısmının iyonlara ayrıldığına inanıyordu. Elektrolitik ayrışma teorisinin kurucusu Arrhenius (Sv. Arrhenius), geniş deneysel malzeme temelinde, çözeltinin şu anda elektrik iletip iletmediğine bakılmaksızın, elektrolit moleküllerinin belirli bir bölümünün sürekli olarak iyonlara ayrıldığını gösterdi. akım. Bu, maddenin kararlı bir hali olarak çözeltide serbest iyonların varlığı kavramının başlangıcıydı. Bir elektrolitin, moleküllerinin hangi kısmının I.'ye ayrıldığını gösteren ayrışma derecesi, bir elektrolitin çözeltilerde meydana gelen bir dizi işleme katılımını karakterize eden Arrhenius'un öğretilerindeki ana değerdir. Modern elektrolitik ayrışma teorisi ve elektrolitlerin aktivitesi, Bjerrum, Debye ve Gyukkel (Bjerrum, Debye, Htickel) ve diğer elektrostatik etkileşimlerin çalışmalarında daha da geliştirildi. Bu elektrostatik interiyonik kuvvetlerin etkisi, klasik Arrhenius teorisinin çerçevesine uymayan elektrolit çözeltilerinin birçok özelliğini açıklamayı mümkün kıldı. İyonik teorinin yaratıcıları, radyasyonun yapısı ve içindeki madde ile yükü birleştirme yöntemi hakkında somut bir fikre sahip değildi. Aynı şekilde, I.'nin ana özelliği, şaşırtıcı kimyası. karşılık gelen nötr atomla karşılaştırıldığında eylemsizlik. Böylece, sodyum atomları su ile şiddetli reaksiyona girerek onu hidrojen salarak bozar; iyot, nişasta vb. ile spesifik bir reaksiyon verir. e. Ancak, serbest I. sodyum ve iyottan oluşan bir NaJ çözeltisi, iyonlarının yükü yok olana kadar (elektrolizde olduğu gibi) bu reaksiyonların hiçbirini ortaya çıkarmaz. İyonların bu en önemli özellikleri ancak modern yapısal teorinin ışığında anlaşılabilir. atom(santimetre.). İyon yapısı. Rutherford ve Bohr (Rutherford, Bohr) teorisine göre, madde pozitif ve negatif elektrik yüklerinden oluşur. Temel pozitif yük, bir hidrojen atomunun kütlesine sahip olan protondur, serbest negatif yük olan elektron ise 1.800 kat daha az kütleye sahiptir. Atom, güneş etrafında hareket eden gezegenler gibi elektronların karmaşık bir yörünge sistemi içinde döndüğü, son derece küçük bir merkezi pozitif çekirdekten inşa edilmiştir. Atom çekirdeği, protonlardan veya daha az sayıda elektron içeren bir proton kombinasyonundan oluşur. Çekirdekteki pozitif yüklerin sayısı (veya pozitif yüklerin çekirdek içi elektron sayısından fazla olması), çekirdeği çevreleyen kabuktaki elektronların sayısına eşittir. I Bu sayı, H'den (atom çekirdeği 1'in yükü) sonraki her bir elemente, işgal ettikleri sıraya göre hareket ettikçe düzgün bir şekilde artar. periyodik sistem (santimetre.). Atom çekirdeğini çevreleyen elektron kabuğu, her biri belirli sayıda elektron içeren bir dizi ardışık katmandan oluşur. Dış katman 8 elektrona kadar içerebilir (istisna, çekirdeğe doğrudan bitişik olan ilk elektron katmanıdır; içindeki en büyük elektron sayısı ikidir). Dış katmanda toplam "elektron sayısı" varsa, atom tam bir yapı ve alışılmadık derecede kararlı bir elektronik konfigürasyon ve buna bağlı olarak tam kimyasal eylemsizlik kazanır. Bunlar, kimyasal değeri sıfır olan asil gazların atomlarıdır. Periyodik sistemin bir sonraki elementine (alkali metal ) geçiş, yeni bir dış elektron tabakası üzerinde bulunan yeni bir elektronun eklenmesi anlamına gelir.Atomun sonraki elementlerde devam eden yapısı sadece bir sonraki elementin yeni bir kararlı elektron kombinasyonu ile sona erer. soy gaz Kossel'e (Kos-sel) göre, bir soy gazın elektronik konfigürasyonu (sekiz elektronlu bir dış tabaka ile) kararlı bir durumu temsil eder, her elementin bir atomu bir sürü içinde geçiş yapma eğilimindedir. eksik elektronları kaybetmek veya yakalamak En kolay alkali metallerde ve halojenürlerde meydana gelir, bunlardan ilkinin kaybetmesi ve ikincisinin bir elektron alması, en yakın asil gibi olması için yeterlidir. gazda Benzer şekilde, diğer elementlerde, dış sekiz elektronlu katmanı ortaya çıkarmak veya tamamlamak için kaybetmeleri veya kazanmaları gereken elektronların sayısı, algıladıkları maksimum pozitif veya negatif değerlik sayısına eşittir. Ancak bu durumda, atomun elektronötralitesi, pozitif ve negatif yüklerinin başlangıçtaki eşitliği ihlal edilir. Bir atom, pozitif veya negatif bir I'e dönüştürülür ve ikincisinin yükü, karşılık gelen atom veya radikalin değerliğine işaret ve büyüklük olarak karşılık gelir. Zıt yüklü I.'nin elektrostatik çekimi onları heteropolar bir moleküle bağlar. Su gibi yüksek bir dielektrik sabiti olan ortamlarda, elektrostatik kuvvetlerin etkisi zayıflar ve heteropolar molekül tekrar iyonlarına ayrışır. Böylece, her I., kaynaklandığı atomun değil, en yakın soy gazın elektronik yapısına sahiptir. İkincisinden yalnızca yükünde farklıdır (ve onu kaybederek tekrar orijinal öğeye dönüşme kolaylığında). İyonun bu yapısı, Arrhenius tarafından not edilen en önemli özelliğini tam olarak açıklar: serbest I'in bir özelliği olan şaşırtıcı kimyasal eylemsizlik. yükünü kaybettiğinde dönüştüğü atomdan I'in aksine. Kararlı, kimyasal olarak inert bir soy gazın yapısına yaklaşan iyonlar, birbirlerinden yalnızca elektrik yüklerinin büyüklüğü ve dağılımında, yani tamamen fiziksel özelliklerde farklılık gösterir. Bu nedenle, öncelikle fiziksel araştırma yöntemlerinin bir nesnesini, fiziksel kimyanın bir nesnesini temsil ederler. Hidrasyon ve boyutlar I. En önemli fiziksel. I.'nin özellikleri, boyutları ve elektriğin büyüklüğüdür. şarj etmek. Yük yoğunluğu ayrıca bu miktarların oranına bağlıdır, ne kadar büyükse, belirli bir yükü taşıyan parçacığın boyutu o kadar küçük olur. Ancak, I.'nin yapısından, elektronik modellerinden göreceli büyüklükleri hakkında bir fikir oluşturmak istersek, ciddi bir hata yapardık. Sudaki iyonlar Li -, Na", K" vb. sadece belirtilen maddelerden değil, aynı zamanda bunlarla yakından ilişkili ve birlikte hareket eden önemli miktarda su molekülünden oluşur. Su molekülü, diğer birçok maddenin molekülü gibi, zıt uçlarında zıt yüklerin yoğunlaştığı bir dipoldür (bir kutupta negatif bir oksijen yükü, diğerinde pozitif bir hidrojen yükü vardır). Bu tür dipoller, karşı kutupları tarafından kendisine çekilen yüklü bir parçacık etrafında yönlendirilir. Sonuç olarak, sulu bir çözeltideki her iyon, su moleküllerinden yapılmış bir kabuk ile çevrilidir. Merkezden ne kadar uzak olursa, bu yönelim o kadar az doğru olur ve yavaş yavaş serbest su moleküllerinin kaotik bir dağılımına dönüşür. O. I.'nin hidrasyonu, elektrik yüklerinden kaynaklanır (Born). Hidrasyonun bir sonucu olarak, bağımsız hareket eden bir parçacık olarak I.'nin boyutları önemli ölçüde artabilir ve genellikle örneğin daha küçük atomik boyutlara sahip iyonlar. Li, K gibi daha büyük atomlardan oluşan I.'den bile daha büyük bir değere ulaşır. Bu, daha az paradoksal olmayan başka bir sonuca işaret eder, bu da hücre geçirgenliğinin belirli problemlerini anlamak için büyük önem taşır: Bir molekül iyonlara ayrıldığında, ikincisi (çevreleyen su tabakasıyla birlikte!), onları ayıran molekülün kendisinden daha büyük boyutlara sahip olabilir. Hareketlilik İ. Bazı eylemler, nötr moleküllerle birlikte I.'nin karakteristiğidir. Bu, yalnızca çözünmüş parçacıkların kinetik enerjisine bağlı olan ozmotik basınçtır. Diğerleri, I. ile nötr bir molekül arasındaki farkı yaratan elektrik yükünden kaynaklanır. Bu özellikler elektriksel iletkenliği içerir. İyonik yüklerin sayısı ile I'in hareketliliğinin çarpımı ile belirlenir. Her I. bir elektrik alanında, üzerine etki eden kuvvetle orantılı ve karşılaştığı dirençle ters orantılı bir hızla hareket eder. Potansiyel fark 1 volt ise ye, o zaman hareket hızı ( cm/sn. 18°'de) birkaç iyon için aşağıdaki rakamlarla ifade edilecektir: Katyon U (cm/sn) Anyon V (cm/sn.) 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. )