Ion
Antecedentes
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Un ión es un átomo o molécula en la que el número total de electrones no es igual al número total de protones , dando el átomo una neta positiva o negativa carga eléctrica .
Iones se pueden crear tanto por medios químicos y físicos. En términos químicos, si un átomo neutro pierde uno o más electrones, tiene una carga neta positiva y se conoce como un catión . Si un átomo gana electrones, tiene una carga neta negativa y se conoce como un anión . Un ion que consiste en un solo átomo es un atómica o ion monoatómico; si se trata de dos o más átomos, es un molecular o iones poliatómicos.
En el caso de ionización física de un medio, tal como un gas, lo que se conoce como "pares de iones" se crean por el impacto de iones, y cada par consta de un electrón libre y un ion positivo.
Los aniones y cationes
Dado que la carga eléctrica en un protón es igual en magnitud a la carga de un electrón, la carga eléctrica neta en un ion es igual al número de protones en el ion menos el número de electrones.
Un anión (-) (pron .: / æ n . aɪ . ən / AN -eye-ən), de la palabra griega ἄνω (Año), que significa "arriba", es un ion con más electrones que protones, lo que supone una carga neta negativa (desde electrones tienen carga negativa y los protones tienen carga positiva).
Un catión (+) (pron .: / k æ t . aɪ . ən / KAT--eye ən), de la palabra griega κατά (kata), que significa "hacia abajo", es un ion con menos electrones que protones, lo que supone una carga positiva.
Hay otros nombres utilizados para iones con múltiples cargos. Por ejemplo, un ión con una carga de -2 es conocido como un dianión y un ion con una carga 2 se conoce como una indicación. La zwitterion es una molécula neutra con cargas positivas y negativas en diferentes ubicaciones dentro de esa molécula.
Historia del descubrimiento
La palabra de iones es la ιον griego (ir), el participio presente del ιεναι, ienai, "ir". Este término fue introducido por el físico y químico Inglés Michael Faraday en 1834 para la especie entonces desconocidos que va de un electrodo al otro a través de un medio acuoso. Faraday no conocía la naturaleza de estas especies, pero sabía que ya que los metales disueltos en solución y entraron en un electrodo, y nuevo metal salió de solución en el otro electrodo, que algún tipo de sustancia se trasladó a través de la solución en una corriente, transporte de materia de un lugar a otro.
Faraday también introdujo el anión palabras para un ion con carga negativa, y cationes de carga positiva una. En la nomenclatura de Faraday, cationes fueron nombrados porque fueron atraídos por el cátodo en un dispositivo galvánico y aniones fueron nombrados debido a su atracción a la ánodo.
Características
Los iones en su estado similar al gas son altamente reactivos, y no se producen en grandes cantidades en la Tierra, excepto en llamas, rayos, chispas eléctricas y otros plasmas . Estos iones de gas-como interactúan rápidamente con iones de carga opuesta para dar moléculas neutras o sales iónicas. Los iones se producen también en estado líquido o sólido cuando sales interactúan con disolventes (por ejemplo, agua) para producir "iones solvatados", que son más estables, por razones que implican una combinación de energía y de entropía cambios como los iones se alejan una de otro para interactuar con el líquido. Estas especies estabilizados se encuentran más comúnmente en el ambiente a bajas temperaturas. Un ejemplo común es que los iones presentes en el agua de mar, que se derivan de las sales disueltas.
Todos los iones están cargados, lo que significa que al igual que todos los objetos cargados que son:
- atraídos por las cargas opuestas eléctricos (positivo y el negativo, y viceversa),
- repelidos por cargos como
- al moverse, viajar en trayectorias que son desviados por un campo magnético.
Los electrones, debido a su menor masa y las propiedades que llenan el espacio por lo tanto más grandes como ondas de materia, determinan el tamaño de los átomos y moléculas que poseen alguna electrones en absoluto. Por lo tanto, los aniones (iones cargados negativamente) son más grandes que la molécula padre o átomo, como el exceso de electrones (s) se repelen, y añadir a el tamaño físico del ión, porque su tamaño se determina por su nube de electrones. Como tal, en general, los cationes son más pequeñas que el átomo o molécula padre correspondiente debido al tamaño más pequeño de su nube de electrones. Un catión en particular (la del hidrógeno) no contiene electrones, y por lo tanto es mucho más pequeño que el átomo de hidrógeno de los padres.
Fenómenos naturales
Los iones son muy abundantes en la naturaleza y son responsables de diversos fenómenos de la luminiscencia del Sol a la existencia de la Tierra ionosfera. Átomos en su estado iónico pueden tener un color diferente de átomos neutros, y por lo tanto la absorción de la luz por los iones metálicos da el color de piedras preciosas. En tanto química inorgánica y orgánica (incluyendo bioquímica), la interacción del agua y los iones es muy importante; un ejemplo es la energía que impulsa desglose de trifosfato de adenosina ( ATP ). Las siguientes secciones describen los contextos en los que los iones ocupan un lugar destacado; éstos se disponen en la disminución de la longitud escala física, desde la astronómica a la microscópica.
Astronómico
Una colección de no- iones de gas-como acuosas, o incluso un gas que contiene una proporción de partículas cargadas, se denomina plasma. Más del 99,9% de la materia visible en el universo puede ser en forma de plasmas . Estos incluyen nuestro Sol y otras estrellas y la el espacio entre los planetas, así como la espacio entre las estrellas. Los plasmas son a menudo llamados el cuarto estado de la materia debido a que sus propiedades son sustancialmente diferentes de las de los sólidos , líquidos y los gases . Plasmas astrofísicos contienen predominantemente una mezcla de electrones y protones (hidrógeno ionizado).
Tecnología relacionada
Los iones pueden ser no químicamente preparados usando varios fuentes de iones, por lo general implican alta voltaje o la temperatura. Estos se utilizan en una multitud de dispositivos tales como espectrómetros de masas , espectrómetros de emisión óptica, aceleradores de partículas, implantación iónica, y motores iónicos.
Como las partículas cargadas reactivos, que también se utilizan en purificación del aire por los microbios interrumpiendo, y en artículos para el hogar, tales como detectores de humo.
Como la señalización y el metabolismo en los organismos son controlados por un gradiente iónico a través precisa membranas, la interrupción de este gradiente contribuye a la muerte celular. Este es un mecanismo común explotado por natural y artificial biocidas, incluyendo el canales iónicos gramicidina y anfotericina (una fungicida).
Iones disueltos inorgánicos son un componente de sólidos disueltos totales, un indicador de la calidad del agua en el mundo.
La detección de la radiación ionizante
El efecto de la radiación ionizante en un gas se utiliza ampliamente para la detección de radiación tal como alfa, beta, gamma y Radiografías. El evento original de ionización en estos instrumentos resulta en la formación de un "par iónico"; un ion positivo y un electrón libre, por el impacto de iones por la radiación en las moléculas de gas. La cámara de ionización es el más simple de estos detectores, y recoge todas las cargas creadas por ionización directa en el gas a través de la aplicación de un campo eléctrico.
La Tubo Geiger-Müller y el contador proporcional tanto utilizar un fenómeno conocido como Townsend avalancha para multiplicar el efecto del evento ionizante original por medio de un efecto de cascada mediante el cual los electrones libres se dan suficiente energía por el campo eléctrico para liberar electrones adicionales por impacto de iones.
Química
Notación
Denotando el estado cargado
Al escribir la fórmula química para una de iones, su carga neta está escrito en superíndice inmediatamente después de la estructura química de la molécula / átomo. La carga neta se escribe con la magnitud antes de la señal; es decir, un catión doblemente cargado se indica como lugar de 2 + 2. Sin embargo, la magnitud de la carga se omite para una sola carga moléculas / átomos; Por ejemplo, el sodio de cationes se indica como Na +, no Na 1+.
Una alternativa (y aceptable) forma de mostrar una molécula / átomo con múltiples cargos es por extraer las muestras varias veces; esto se ve a menudo con los metales de transición. Los químicos veces la vuelta al signo; esto es meramente ornamental y no altera el significado químico. Las tres representaciones de Fe 2+ mostrados en la figura son, por lo tanto, equivalente.
Iones monoatómicos a veces también se indican con números romanos; Por ejemplo, ejemplo, el Fe 2+ visto anteriormente se denomina ocasionalmente como Fe (II) o Fe II. El número romano designa lo formal estado de oxidación de un elemento, mientras que los números en superíndice indica la carga neta. Los dos notaciones son, por lo tanto, intercambiables por iones monoatómicos, pero los números romanos no se pueden aplicar a los iones poliatómicos. Sin embargo, es posible mezclar las notaciones para el centro de metal individuo con un complejo poliatómico, como se muestra por el ejemplo de iones de uranilo.
Subclases
Si contiene un ion electrones no apareados, se llama un ion radical. Al igual que los radicales no cargados, los iones radicales son muy reactivos. Iones poliatómicos que contienen oxígeno, tales como carbonato y sulfato, se llaman oxianiones. Iones moleculares que contienen al menos un enlace carbono a hidrógeno se denominan iones orgánicos. Si la carga en un ion orgánico se centra formalmente en un carbono, se denomina una carbocatión (si cargado positivamente) o carbanión (si cargado negativamente).
Formación
Formación de iones monoatómicos
Iones monoatómicos se forman por la ganancia o pérdida de electrones a la capa de valencia (la cáscara más externa de electrones) en un átomo. Las capas internas de un átomo están llenos de electrones que están estrechamente ligados a la carga positiva del núcleo atómico , y por lo tanto no participan en este tipo de interacción química. El proceso de ganar o perder electrones de un átomo neutro o molécula se llama ionización.
Los átomos pueden ser ionizados por bombardeo con la radiación, pero el proceso más habitual de ionización encontrado en la química es la transferencia de electrones entre los átomos o moléculas. Esta transferencia es generalmente impulsado por la consecución de estable ("capa cerrada") configuraciones electrónicas. Los átomos se ganar o perder electrones dependiendo de la acción tiene la menor cantidad de energía.
Por ejemplo, un de sodio átomo, Na, tiene un solo electrón en su capa de valencia, que rodea 2 capas internas estables, llenos de 2 y 8 electrones. Desde estos depósitos llenos son muy estables, un átomo de sodio tiende a perder su electrón extra y alcanzar esta configuración estable, convirtiéndose en un catión de sodio en el proceso de
- Na → Na + + e -
Por otro lado, un cloro átomo, Cl, tiene 7 electrones en su capa de valencia, que es uno corto de la, cáscara llena estable con 8 electrones. Por lo tanto, un átomo de cloro tiende a ganar un electrón extra y obtener una configuración de 8-estable de electrones, convirtiéndose en un anión cloruro en el proceso:
- Cl + e - → Cl -
Esta fuerza impulsora es lo que causa sodio y cloro para someterse a una reacción química, en el que el electrón "extra" se transfiere de sodio al cloro, formando cationes de sodio y aniones cloruro. Siendo de carga opuesta, estos cationes y aniones forman enlaces iónicos y se combinan para formar cloruro de sodio , NaCl, más comúnmente conocido como sal de roca.
- Na + + Cl - → NaCl
Formación de iones poliatómicos y moleculares
3). La cáscara de 3 dimensiones representa un solo arbitraria isopotencial.
Poliatómicos y los iones moleculares se forman a menudo por el aumento o pérdida de iones elementales tales como H + en moléculas neutras. Por ejemplo, cuando el amoníaco , NH 3, acepta un protón, H +, forma la ion amonio, NH +
4. El amoníaco y amonio tener el mismo número de electrones en esencialmente la misma configuración electrónica, pero de amonio tiene un protón adicional que le da una carga neta positiva.
El amoníaco también puede perder un electrón para obtener una carga positiva, formando el ion · NH +
3. Sin embargo, este ión es inestable, debido a que tiene un incompleto capa de valencia alrededor del átomo de nitrógeno, lo que es un muy reactivo ion radical.
Debido a la inestabilidad de los iones radicales, iones poliatómicos y moleculares se forman por lo general al ganar o perder iones elementales tales como H +, en lugar de ganar o perder electrones. Esto permite que la molécula para preservar su configuración electrónica estable, mientras que la adquisición de una carga eléctrica.
Potencial de ionización
La energía requerida para separar un electrón en su estado de energía más bajo de un átomo o molécula de un gas con menos carga eléctrica neta se llama el potencial de ionización, o energía de ionización. El n-ésimo energía de ionización de un átomo es la energía requerida para separar su n-ésimo de electrones después de la primera n - 1 electrones ya se han desprendido.
Cada sucesiva energía de ionización es notablemente mayor que el anterior. Particularmente grandes aumentos se producen después de cualquier bloque dado de orbitales atómicos se agota de electrones. Por esta razón, los iones tienden a formarse en formas que los dejan con bloques de orbitales completos. Por ejemplo, el sodio tiene uno valencia de electrones en su capa externa, por lo que en forma ionizada se encuentra comúnmente con un electrón perdido, como Na +. En el otro lado de la tabla periódica, cloro tiene siete electrones de valencia, por lo que en forma ionizada se encuentra comúnmente con uno ganado de electrones, tal como Cl -. Cesio tiene la energía de ionización medido más bajo de todos los elementos y el helio tiene el mayor. En general, la energía de ionización de los metales es mucho menor que la energía de ionización de no metales, por lo que, en general, los metales pierden electrones para formar iones con carga positiva y no metales se ganar electrones para formar iones con carga negativa.
El enlace iónico
Enlace iónico es un tipo de unión química que surge de la atracción mutua de los iones de carga opuesta. Iones de carga como se repelen entre sí, y los iones de carga opuesta se atraen entre sí. Por lo tanto los iones no existen por lo general por su cuenta, pero se unirá con los iones de carga opuesta para formar un red cristalina. El compuesto resultante se llama un compuesto iónico, y se dice que está unida por enlace iónico. En los compuestos iónicos surgen distancias características entre los vecinos de iones de la que la extensión espacial y la radio iónico de los iones individuales se puede derivar.
El tipo más común de enlace iónico se ve en compuestos de metales y no metales (excepto los gases nobles , que rara vez forman compuestos químicos). Los metales se caracterizan por tener un pequeño número de electrones en exceso de una configuración estable, cerrado-shell electrónico. Como tales, tienen la tendencia a perder estos electrones adicionales a fin de alcanzar una configuración estable. Esta propiedad se conoce como electropositividad. Los no metales, por otro lado, se caracterizan por tener una configuración electrónica sólo unos pocos electrones cortos de una configuración estable. Como tales, tienen la tendencia a ganar más electrones a fin de lograr una configuración estable. Esta tendencia se conoce como electronegatividad. Cuando un metal altamente electropositivo se combina con un no metal altamente electronegativo, los electrones adicionales desde los átomos de metal se transfieren a los átomos no metálicos deficientes en electrones. Esta reacción produce cationes metálicos y aniones no metálicos, que son atraídos el uno al otro para formar una sal .
Aplicaciones Químicas
Cada sucesiva energía de ionización es notablemente mayor que el anterior. Particularmente grandes aumentos se producen después de cualquier bloque dado de orbitales atómicos se agota de electrones. Por esta razón, los iones tienden a formarse en formas que los dejan con bloques de orbitales completos. Por ejemplo, el sodio tiene uno valencia de electrones en su capa externa, por lo que en forma ionizada se encuentra comúnmente con un electrón perdido, como Na +. En el otro lado de la tabla periódica, cloro tiene siete electrones de valencia, por lo que en forma ionizada se encuentra comúnmente con uno ganado de electrones, tal como Cl -. Cesio tiene la energía de ionización medido más bajo de todos los elementos y el helio tiene el mayor. En general, la energía de ionización de los metales es mucho menor que la energía de ionización de no metales, por lo que, en general, los metales pierden electrones para formar iones con carga positiva y no metales se ganar electrones para formar iones con carga negativa.
Iones comunes
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