Kaj je ion? Definicija, ionizacija, vrste in lastnosti
Ion je električno nabit atom ali skupina atomov (molekula), ki ima neto električni naboj, ker se je spremenilo število elektronov v primerjavi s protoni v jedru. Ko atom ali molekula izgubi enega ali več elektronov, nastane pozitivno nabit ion (kation). Ko atom ali molekula dobi enega ali več elektronov, nastane negativno nabit ion (anjon). Ustvarjanje iona iz atoma ali molekule imenujemo ionizacija.
Sestava atoma in nastanek ionov
Atomi so sestavljeni iz treh osnovnih delcev:
Ion ima neenako število protonov in elektronov, zato ima neto pozitivni ali negativni naboj. Naboj protona običajno označimo kot +1, naboj elektrona kot −1. Na primer nevtralni vodikov atom ima en proton in en elektron; če atom izgubi elektron, nastane H+ (kation) in prosto prenosen elektron (e−).Kako nastanejo ioni (ionizacija)
Ionizacija lahko poteka na več načinov:
- kemijske reakcije (npr. prenos elektronov pri reakcijah med kislinami in bazami ali pri nastajanju soli),
- fizikalni procesi, kot so trčenje delcev ali visoka temperatura (termalna ionizacija),
- fotonska ionizacija (vrhnji fotoni z dovolj energije izbijajo elektrone),
- sevanje in električni izpusti (npr. v plazmi ali pri izpustih električnega obloka).
Vrste ionov
Glavne vrste ionov so:
- Monatomni ioni – sestavljeni iz enega atoma, npr. Na+, K+, Ca2+, Cl−.
- Poliatomni (molekularni) ioni – več atomov, ki so skupaj naboje, npr. SO42-, NO3−, NH4+.
- Kationi – pozitivno nabiti ioni (manj elektronov kot protonov).
- Anjoni – negativno nabiti ioni (več elektronov kot protonov).
Lastnosti ionov
Lastnosti ionov vključujejo:
- Električni naboj – naboj se meri v enotah elementarnega naboja (e) ali v coulombih (1 e ≈ 1,602×10−19 C).
- Gibljivost – ioni so v raztopinah in plazmi mobilni in omogočajo prevodnost; hitrost gibanja je odvisna od velikosti, naboja in okolja.
- Prevodenost – tekočine, ki vsebujejo raztopljene ione, imenujemo elektroliti in dobro prevajajo električni tok. Plin z veliko ioni imenujemo plazma.
- Barva – mnogi ioni so brezbarvni, a ioni nekaterih elementov (še posebej prehodnih kovin) dajejo raztopinam značilne barve (npr. Cu2+ modro‑zelen, Cr3+ zelen).
- Magnetna in električna polja – gibanje nabitih delcev ustvarja električni tok in s tem tudi magnetna polja; ioni so zato pomembni v elektromagnetnih pojavih (magnetna polja).
Ponašanje ionov v različnih snoveh
V kovinskih žicah običajno ne potujejo kovinski ioni; prevodnost zagotavljajo prosti elektroni. V elektrolitih pa se električni tok prenaša z gibanjem ionov: pozitivni ioni (kationi) se premikajo proti katodi, negativni (anioni) proti anodi. V plazmi so prisotni prosti ioni in elektroni, ki se med seboj lahko gibljejo neodvisno.
Nekaj primerov in pomen v praksi
Primeri pogostih ionov: Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl−, SO42-, NO3−, NH4+. Ioni imajo ključno vlogo v biologiji (npr. prenos živčnih impulzov, uravnavanje osmotskega tlaka), v industriji (baterije, elektroforeza, elektroliza), v analitični kemiji (npr. ionska kromatografija, masna spektrometrija) in v naravnih pojavih (munje, sončno sevanje, ionosfera).
Povzetek
Ioni so osnovni nosilci električnega naboja v številnih fizikalnih in kemičnih procesih. Nastanejo z izgubo ali pridobitvijo elektronov (ionizacija) in se pojavljajo kot posamezni atomi ali kot skupine atomov. Njihove lastnosti in obnašanje so odločilni za električno prevodnost, kemijske reakcije in mnoge tehnološke ter naravne pojave.
Kemija
V fiziki se atomska jedra, ki so popolnoma ionizirana, imenujejo nabiti delci. Takšni so v sevanju alfa.
Ionizacija poteka tako, da atomom damo visoko energijo. To se zgodi z električno napetostjo ali visokoenergijskim ionizirajočim sevanjem ali visoko temperaturo.
Preprost ion nastane iz enega samega atoma.
Poliatomski ioni so sestavljeni iz več atomov. Veleatomski ioni so običajno sestavljeni iz vseh nekovinskih atomov. Včasih pa ima lahko poliatomski ion tudi kovinski atom.
Pozitivni ioni se imenujejo kationi. Privlačijo jih katode (negativno nabite elektrode). (Kationi se izgovarjajo "cat eye on" in ne "kay shun".) Vsi preprosti kovinski ioni so kationi.
Negativni ioni se imenujejo anioni. Privlačijo jih anode (pozitivno nabite elektrode). Vsi preprosti nekovinski ioni (razen H+, ki je proton) so anioni (razen NH 4+).
Prehodne kovine lahko tvorijo več preprostih kationov z različnimi naboji.
Večina ionov ima naboj manjši od 4, nekateri pa imajo lahko večji naboj.
Michael Faraday je bil prvi, ki je leta 1830 napisal teorijo o ionih. V svoji teoriji je povedal, kakšni so deli molekul, ki prehajajo v anione ali katione. Svante August Arrhenius je pokazal, kako se to zgodi. To je zapisal v svoji doktorski disertaciji leta 1884 (Univerza v Uppsali). Na univerzi njegove teorije sprva niso sprejeli (saj je šele pridobil diplomo). Leta 1903 pa je za isto idejo prejel Nobelovo nagrado za kemijo.
V grščini je ion kot beseda "iti". "Anion" in "kation" pomenita "gor-hod" in "dol-hod". "Anoda" in "katoda" pomenita "pot navzgor" in "pot navzdol".
Običajni ioni
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Sorodne strani
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je ion?
O: Ion je električno nabit atom ali skupina atomov. Nastane lahko iz atoma ali skupine atomov (molekule).
V: Kako nastanejo ioni?
O: Ioni nastanejo s procesom, imenovanim ionizacija, ki vključuje ustvarjanje neenakega števila protonov in elektronov v atomu ali molekuli.
V: Kakšen je naboj protona?
O: Naboj protona je +1 (pozitivno nabit).
V: Kakšen je naboj elektrona?
O: Naboj elektrona je -1 (negativno nabit).
V: Kaj se zgodi, ko se ioni premikajo?
O: Ko se ioni premikajo, nastajajo elektrika in magnetna polja.
V: Ali so vsi ioni brezbarvni?
O: Ne, nekateri ioni so obarvani, drugi pa so brezbarvni. Elementi iz glavnih skupin periodnega sistema tvorijo brezbarvne ione, medtem ko prehodne kovine običajno tvorijo obarvane ione.
