Ionlar va elektronlar. Ionlar nima - katta tibbiy ensiklopediya. Kimyoviy va fizik xossalari

IONLAR (yunonchadan. ionga aylanib yuruvchi, sarson), atomlar yoki kimyo. elektr zaryadlarini tashuvchi radikallar.-Istoriya. Faraday birinchi marta aniqlaganidek, eritmalarda elektr tokini o'tkazish elektr zaryadlarini olib yuruvchi moddiy zarrachalarning harakati bilan bog'liq. Elektr tokini o'tkazuvchi modda - elektrolit musbat va manfiy zaryadlangan radikallarga parchalanadi, ular elektrostatik kuchlar ta'sirida tortiladi - birinchisi katodga, ikkinchisi anodga. Faraday eritmada harakatlanuvchi va elektr zaryadini olib yuruvchi bunday atomlar yoki atom guruhlarini (radikallarni) ionlar deb atagan: musbat zaryadlangan ionlar (katod tomon harakatlanuvchi) kationlar, manfiylar esa anionlardir. Metall o'tkazgichlardan farqli o'laroq, elektr tokining taqsimlanishi moddalarning o'tkazilishi va parchalanishi bilan bog'liq emas, elektrolitlar eritmalari "ikkinchi turdagi o'tkazgichlar" deb ataladi. Faraday tashqi elektr kuchlar ta'sirida eritmadan galvanik tok o'tgandagina elektrolit molekulalarining bir qismi ionlarga bo'linadi, deb hisoblagan. Elektrolitik dissotsilanish nazariyasi asoschisi Arrenius (Sv. Arrhenius) keng tajriba materiallariga asoslanib, elektrolitlar molekulalarining ma'lum bir qismi eritmaning hozirgi vaqtda elektr tokini o'tkazayotganligidan qat'i nazar, doimo ionlarga dissotsiatsiyalanganligini ko'rsatdi. joriy. Bu moddaning barqaror holati sifatida eritmadagi erkin ionlarning mavjudligi haqidagi tushunchaning boshlanishi edi. Elektrolitning dissotsilanish darajasi, uning molekulalarining qaysi qismi I. ga parchalanishini koʻrsatuvchi Arrenius taʼlimotida elektrolitning eritmalarda sodir boʻladigan qator jarayonlarda ishtirok etishini tavsiflovchi asosiy qiymat hisoblanadi. Elektrolitik dissotsilanish va elektrolitlar faolligining zamonaviy nazariyasi Byerrum, Debay va Gyukkel (Byerrum, Debay, Xtikkel) va boshqalarning tadqiqotlarida yanada rivojlantirildi.elektrostatik o'zaro ta'sirlar. Ushbu elektrostatik interion kuchlarining ta'siri elektrolitlar eritmalarining klassik Arrenius nazariyasi doirasiga to'g'ri kelmaydigan ko'plab xususiyatlarini tushuntirishga imkon berdi. Ion nazariyasini yaratuvchilar radiatsiya tuzilishi va undagi materiya va zaryadni birlashtirish usuli haqida aniq tasavvurga ega emas edilar. Xuddi shunday, I.ning asosiy mulki, uning ajoyib kimyosi. mos keladigan neytral atomga nisbatan inertlik. Shunday qilib, natriy atomlari suv bilan shiddatli reaksiyaga kirishib, uni vodorod ajralib chiqishi bilan parchalaydi; yod kraxmal va boshqalar bilan o'ziga xos reaktsiya beradi. e) Lekin NaJ ning erkin I. natriy va yoddan tashkil topgan eritmasi uning ionlarining zaryadi yoʻqolguncha (elektrolizda boʻlgani kabi) bu reaksiyalarning birortasini ham koʻrsatmaydi. Ionlarning bu eng muhim xususiyatlarini faqat zamonaviy struktura nazariyasi nuqtai nazaridan tushunish mumkin edi. atom(sm.). Ion tuzilishi. Rezerford va Bor (Ruterford, Bor) nazariyasiga ko'ra, materiya musbat va manfiy elektr zaryadlaridan qurilgan. Elementar musbat zaryad vodorod atomi massasiga ega bo'lgan proton bo'lsa, erkin manfiy zaryad elektronniki esa 1800 marta kamroq massaga ega. Atom juda kichik markaziy musbat yadrodan qurilgan bo'lib, uning atrofida quyosh atrofida harakatlanuvchi sayyoralar kabi elektronlar murakkab orbita tizimida aylanadi. Atom yadrosi protonlardan yoki kamroq elektronli protonlar birikmasidan iborat. Yadrodagi musbat zaryadlar soni (yoki musbat zaryadlarning yadro ichidagi elektronlar sonidan ortishi) yadroni oʻrab turgan qobiqdagi elektronlar soniga teng. I H (atom yadrosining zaryadi 1) dan har bir keyingi elementga o'tganimizda, ular egallash tartibiga ko'ra, bu raqam bir xilda ortadi. davriy tizim (sm.). Atom yadrosini o'rab turgan elektron qobiq bir qator ketma-ket qatlamlardan iborat bo'lib, ularning har birida ma'lum miqdordagi elektronlar mavjud. Tashqi qatlam 8 tagacha elektronni o'z ichiga olishi mumkin (istisno - yadroga to'g'ridan-to'g'ri qo'shni bo'lgan birinchi elektron qatlam; undagi elektronlarning eng ko'p soni ikkitadir). Agar tashqi qatlamda elektronlarning umumiy "soni bo'lsa, atom to'liq tuzilishga va g'ayrioddiy barqaror elektron konfiguratsiyaga va shunga mos ravishda to'liq kimyoviy inertlikka ega bo'ladi. Bular kimyoviy valentligi nolga teng bo'lgan asil gazlarning atomlari. Davriy tizimning keyingi elementiga (ishqoriy metall) o'tish yangi tashqi elektron qatlamida joylashgan yangi elektronning qo'shilishini anglatadi.Keyingi elementlarda atomning davom etishi faqat keyingi elektronlarning yangi barqaror birikmasi bilan tugaydi. asil gaz.Kossel (Kos-sel)ning fikricha, asil gazning elektron konfiguratsiyasi (sakkiz elektronli tashqi qatlamli) barqaror holatni ifodalaydi, har bir element atomi to‘dada o‘tishga intiladi.Bu o‘tish amalga oshirildi. etishmayotgan elektronlarni yo'qotish yoki ushlash orqali.. Bu eng oson ishqoriy metallar va galogenidlarda sodir bo'ladi, ulardan birinchisi yo'qotsa, ikkinchisi bitta elektronga ega bo'lsa, eng yaqin zodagonga o'xshaydi. gazda Xuddi shunday, boshqa elementlarda tashqi sakkiz elektronli qatlamni ochish yoki to'ldirish uchun ular yo'qotishi yoki olishi kerak bo'lgan elektronlar soni ular aniqlagan musbat yoki manfiy valentliklarning maksimal soniga teng. Bunda esa atomning elektron neytralligi, uning musbat va manfiy zaryadlarining dastlabki tengligi buziladi. Atom musbat yoki manfiy I.ga aylanadi va ikkinchisining zaryadi ishora va kattalik jihatidan tegishli atom yoki radikalning valentligiga mos keladi. Qarama-qarshi zaryadlangan I.ning elektrostatik tortishishi ularni geteropolyar molekulaga bogʻlaydi. Suv kabi yuqori dielektrik o'tkazuvchanlikka ega bo'lgan muhitda elektrostatik kuchlarning ta'siri zaiflashadi va geteropolyar molekula yana o'z ionlariga parchalanadi. Shunday qilib, har bir I. oʻzi paydo boʻlgan atomning emas, balki eng yaqin asil gazning elektron tuzilishiga ega. U ikkinchisidan faqat zaryadi bilan farq qiladi (va uni yo'qotib, yana asl elementga aylanadigan qulaylik). Ionning bunday tuzilishi uning Arrenius ta'kidlagan eng muhim xususiyatini to'liq tushuntiradi: erkin I ning xususiyati bo'lgan hayratlanarli kimyoviy inertlik. zaryadini yo'qotganda aylanadigan atomdan I dan farqli o'laroq. Barqaror, kimyoviy jihatdan inert asil gazning tuzilishiga yaqinlashganda, ionlar bir-biridan faqat elektr zaryadining kattaligi va taqsimoti, ya'ni sof fizik xususiyatlari bilan farqlanadi. Shu sababli ular birinchi navbatda fizik tadqiqot usullari ob'ektini, fizik kimyo ob'ektini ifodalaydi. Hidratsiya va o'lchamlar I. Eng muhim jismoniy. I.ning xossalari uning oʻlchamlari va elektrning kattaligidir. zaryad. Zaryad zichligi, shuningdek, ushbu miqdorlarning nisbatiga bog'liq bo'lsa, ma'lum bir zaryadni olib yuruvchi zarrachaning kattaligi qanchalik katta bo'lsa, shuncha kichik bo'ladi. Ammo, agar biz I.ning tuzilishidan, elektron modelidan ularning nisbiy kattaligi haqida tasavvur hosil qilmoqchi boʻlsak, jiddiy xatoga yoʻl qoʻygan boʻlardik. Suvdagi Li -, Na, K" va boshqalar ionlari nafaqat ko'rsatilgan moddalardan, balki ular bilan chambarchas bog'langan va birgalikda harakatlanadigan sezilarli miqdordagi suv molekulalaridan ham iborat. Suv molekulasi, boshqa ko'plab moddalarning molekulasi kabi, dipol bo'lib, uning qarama-qarshi uchlarida qarama-qarshi zaryadlar to'plangan (bir qutbda kislorodning manfiy zaryadi, ikkinchisida vodorodning musbat zaryadi mavjud). Bunday dipollar zaryadlangan zarracha atrofida yo'naltirilgan bo'lib, unga qarama-qarshi qutb orqali tortiladi. Natijada, suvli eritmadagi har bir ion gidratlanadi, suv molekulalaridan qurilgan qobiq bilan o'ralgan. Markazdan qanchalik uzoq bo'lsa, bu yo'nalish shunchalik aniq emas, asta-sekin erkin suv molekulalarining xaotik taqsimotiga aylanadi. Bu. I.ning hidratsiyasi ularning elektr zaryadi (Born) tufayli yuzaga keladi. Gidratsiya natijasida mustaqil harakatlanuvchi zarracha sifatida I.ning oʻlchamlari sezilarli darajada oshishi mumkin va koʻpincha atom oʻlchamlari kichikroq boʻlgan ionlar, masalan. Li, K kabi yirik atomlardan hosil boʻlgan I.dan ham kattaroq qiymatga erishadi. Bu hujayra oʻtkazuvchanligining ayrim muammolarini tushunish uchun katta ahamiyatga ega boʻlgan boshqa, kam boʻlmagan paradoksal xulosani bildiradi: molekula ionlarga parchalanganda, ikkinchisi (atrofdagi suv qoplamasi bilan birga!) molekulaning o'zidan kattaroq o'lchamlarga ega bo'lishi mumkin, bu ularni ajratadi. Mobillik I. Neytral molekulalar bilan birga I.ga maʼlum harakatlar xarakterlidir. Bu faqat erigan zarrachalarning kinetik energiyasiga bog'liq bo'lgan osmotik bosimdir. Boshqalari esa I. va neytral molekula oʻrtasidagi farqni yaratuvchi elektr zaryadiga bogʻliq. Bu xususiyatlar elektr o'tkazuvchanligini o'z ichiga oladi. U ion zaryadlari soni va I ning harakatchanligi koʻpaytmasi bilan aniqlanadi. Har bir I. elektr maydonida unga taʼsir etuvchi kuchga proporsional va duch keladigan qarshilikka teskari proporsional tezlikda harakat qiladi. Agar potentsial farq 1 ga bir volt bo'lsa keyin ovqatlaning harakat tezligi (in sm/sek. 18° da) bir nechta ionlar uchun quyidagi raqamlar bilan ifodalanadi: Kation U (sm/s) Anion V (sm/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 no; Mpo; 18.2 .yu-" 6.85.10-" 7.0 .1Q-" 6.95. )