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√?on

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Informa√ß√Ķes de fundo

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Um i√£o √© um √°tomo ou mol√©cula em que o n√ļmero total de electr√Ķes n√£o √© igual ao n√ļmero total de prot√Ķes , dando o √°tomo de forma positiva ou negativa l√≠quida carga el√©ctrica .

Os i√Ķes podem ser criados por meios qu√≠micos e f√≠sicos. Em termos qu√≠micos, se um √°tomo neutro perde um ou mais electr√Ķes, que tem uma carga global positiva e √© conhecido como um cati√£o . Se um √°tomo ganha electr√Ķes, que tem uma carga l√≠quida negativa e √© conhecido como um ani√£o . Um i√£o consistindo de um √ļnico √°tomo √© um at√≥mica ou ion monatomic; se for constitu√≠da por duas ou mais √°tomos, √© um molecular ou ion polyatomic.

No caso de ioniza√ß√£o f√≠sico de um meio, tal como um g√°s, que s√£o conhecidos como "pares" de i√Ķes s√£o criados por impacto de i√Ķes, e cada par √© constitu√≠do por um electr√£o livre e um i√£o positivo.

C√°tions e √Ęnions

O hidrog√™nio √°tomo (centro) cont√©m um √ļnico pr√≥ton e um √ļnico el√©tron . A remo√ß√£o do electr√£o d√° um cati√£o (esquerda), enquanto que a adi√ß√£o de um electr√£o d√° um ani√£o (√† direita). O ani√£o hidrog√©nio, com a sua forma ligeiramente solta nuvem de dois electr√Ķes, tem um raio maior que o √°tomo neutro, o que por sua vez, √© muito maior do que a do prot√£o nua do cati√£o . O hidrog√©nio constitui o √ļnico cati√£o que n√£o tem electr√Ķes, mas mesmo cati√Ķes que (ao contr√°rio do hidrog√©nio) ainda ret√™m um ou mais electr√Ķes s√£o ainda menores do que os √°tomos ou mol√©culas neutras a partir dos quais eles s√£o derivados.

Uma vez que a carga el√©ctrica em um prot√£o √© igual em magnitude √† carga de um electr√£o, a carga el√©ctrica l√≠quida sobre um i√£o √© igual ao n√ļmero de prot√Ķes no i√£o menos o n√ļmero de electr√Ķes.

Um ani√£o de (-) (pron .: / √¶ n . . ən / Olho-AN-ən), a partir da palavra grega ἄνω (OAN), que significa "up", √© um √≠on com mais el√©trons do que pr√≥tons, dando-lhe uma carga l√≠quida negativa (uma vez que os el√©trons s√£o carregados negativamente e pr√≥tons s√£o carregados positivamente).

A cati√īnica (+) (pron .: / k √¶ t . . ən / Olho-KAT-ən), a partir da palavra grega κατά (kata), que significa "down", √© um √≠on com menos el√©trons do que pr√≥tons, dando-lhe uma carga positiva.

H√° nomes adicionais utilizados para os i√Ķes com cargas m√ļltiplas. Por exemplo, um i√£o com uma carga -2 √© conhecido como um diani√£o e um i√£o com uma carga 2 √© conhecido como um dication. A zwitteri√£o √© uma mol√©cula neutra com cargas positivas e negativas em diferentes locais dentro da mol√©cula que.

História da descoberta

A palavra ion √© o ιον grego (vai), o partic√≠pio presente de ιεναι, ienai, "ir". Este termo foi introduzido pelo f√≠sico e qu√≠mico Ingl√™s Michael Faraday em 1834 para as esp√©cies ent√£o desconhecidas, que vai de um el√©ctrodo para o outro atrav√©s de um meio aquoso. Faraday n√£o conhecia a natureza dessas esp√©cies, mas sabia que, desde metais dissolvidos em solu√ß√£o e entrou em um eletrodo, e new metal sa√≠a de solu√ß√£o no outro el√©ctrodo, que algum tipo de subst√Ęncia movido atrav√©s da solu√ß√£o em uma corrente, transmitindo quest√£o de um lugar para o outro.

Faraday tamb√©m introduziu o √Ęnion palavras para um √≠on com carga negativa, e ca√ß√£o para uma positivamente carregada. Na nomenclatura de Faraday, c√°tions foram chamados porque eles foram atra√≠dos para a c√°todo em um dispositivo galv√Ęnica e √Ęnions foram nomeados devido √† sua atra√ß√£o para o √Ęnodo.

Características

√?ons em seu estado gasoso-like s√£o altamente reativos, e n√£o ocorrem em grande quantidade na Terra, exceto em chamas, raios, fa√≠scas el√©tricas, e outros plasmas . Esses √≠ons de g√°s-como interagir rapidamente com √≠ons de carga oposta para dar mol√©culas neutras ou de sais i√īnicos. Os i√Ķes s√£o tamb√©m produzidas no estado l√≠quido ou no estado s√≥lido quando os sais de interagir com solventes (por exemplo, √°gua) para produzir "i√Ķes solvatados", que s√£o mais est√°veis, por raz√Ķes que envolvem uma combina√ß√£o de energia e de entropia altera√ß√Ķes como os i√Ķes se afastam umas outra para interagir com o l√≠quido. Estas esp√©cies estabilizadas s√£o mais comumente encontrados no ambiente a baixas temperaturas. Um exemplo comum √© os i√Ķes presentes na √°gua do mar, que s√£o derivados a partir dos sais dissolvidos.

Todos os íons são cobrados, o que significa que, como todos os objetos carregados eles estão:

  • atra√≠dos por cargas opostas el√©tricos (positivo para negativo, e vice-versa),
  • repelido por encargos como
  • quando se deslocam, viajar em trajet√≥rias que s√£o desviados por um campo magn√©tico.

El√©trons, devido √† sua menor massa e propriedades de preenchimento de espa√ßo, assim como maiores ondas de mat√©ria, determinar o tamanho de √°tomos e mol√©culas que possuem quaisquer electr√Ķes em todos. Assim, ani√Ķes (i√Ķes carregados negativamente) s√£o maiores do que a mol√©cula ou √°tomo, como o excesso de electr√Ķes (s) repelem-se mutuamente, e aumentam o tamanho f√≠sico do i√£o, porque o seu tamanho √© determinado pelo seu nuvem de el√©trons. Como tal, de um modo geral, cati√Ķes s√£o menores do que o √°tomo ou mol√©cula pai correspondente devido ao seu tamanho menor de nuvem de electr√Ķes. Um cati√£o particular (a de hidrog√©nio) n√£o cont√©m electr√Ķes e, portanto, √© muito menor do que o √°tomo de hidrog√©nio pai.

Ocorrências naturais

Os √≠ons s√£o onipresentes na natureza e s√£o respons√°veis por diversos fen√≥menos da luminesc√™ncia da Sun para a exist√™ncia da Terra ionosfera. √?tomos no seu estado i√≥nico pode ter uma cor diferente a partir de √°tomos neutros, e, assim, a absor√ß√£o de luz por meio de i√Ķes de metal d√° a cor de pedras preciosas. Em ambos qu√≠mica inorg√Ęnica e org√Ęnica (incluindo bioqu√≠mica), a interac√ß√£o de √°gua e i√Ķes √© extremamente importante; um exemplo √© a energia que conduz quebra do trifosfato de adenosina ( ATP ). As se√ß√Ķes seguintes descrevem contextos nos quais os √≠ons apresentam proeminente; estes s√£o organizados em ordem decrescente comprimento escala f√≠sica, da astronomia √† microsc√≥pica.

Astron√īmico

O remanescente da " Supernova de Tycho ", uma enorme bola de plasma em expansão. A casca exterior mostrados em azul é emissão de raios-X por elétrons de alta velocidade.

Uma cole√ß√£o de n√£o- i√Ķes de g√°s semelhante aquosas, ou mesmo um g√°s contendo uma propor√ß√£o de part√≠culas carregadas, √© chamado um plasma. Mais do que 99,9% de mat√©ria vis√≠vel no universo podem estar na forma de plasmas . Estes incluem a Sun e outras estrelas eo espa√ßo entre planetas, bem como a espa√ßo entre as estrelas. Os plasmas s√£o muitas vezes chamado o quarto estado da mat√©ria, porque as suas propriedades s√£o substancialmente diferentes das dos s√≥lidos , l√≠quidos e gases . Plasmas astrof√≠sicos conter predominantemente uma mistura de el√©trons e pr√≥tons (hidrog√™nio ionizado).

Tecnologia relacionada

Os i√Ķes podem ser n√£o-quimicamente preparado utilizando v√°rias fontes de i√Ķes, geralmente envolvendo alta tens√£o ou temperatura. Estes s√£o utilizados em uma grande variedade de dispositivos, tais como espectr√≥metros de massa , espectr√īmetro de emiss√£o √≥ptica, aceleradores de part√≠culas, implantadores √≠on, e motores i√īnicos.

Como partículas carregadas reactivos, eles também são utilizados em purificação do ar por micróbios perturbadoras, e em utensílios domésticos, tais como detectores de fumaça.

Como sinaliza√ß√£o e metabolismo em organismos s√£o controlados por um gradiente i√≥nico atrav√©s preciso membranas, a perturba√ß√£o deste gradiente contribui para a morte celular. Este √© um mecanismo comum explorado por natural e artificial biocidas, incluindo o canais i√īnicos gramicidin e anfotericina (um fungicida).

I√Ķes inorg√Ęnicos dissolvidos s√£o um componente de total de s√≥lidos dissolvidos, um indicador de qualidade da √°gua no mundo.

A detecção de radiação ionizante

Esquem√°tica de uma c√Ęmara de ioniza√ß√£o, mostrando desvio de √≠ons. El√©trons deriva mais r√°pido do que os √≠ons positivos, devido √† sua massa muito menor.
Avalanche efeito entre dois eletrodos. O evento original é de ionização liberta um elétron, e cada colisão posterior libera mais um elétron, assim que dois elétrons emergir de cada colisão: o elétron ionizante eo elétron liberado.

O efeito da radia√ß√£o ionizante sobre um g√°s √© amplamente utilizado para a detec√ß√£o de radia√ß√£o tal como alfa, beta, gama e Raios-X. O evento inicial ioniza√ß√£o nestes instrumentos resulta na forma√ß√£o de um "par de i√Ķes"; um √≠on positivo e um el√©tron livre, pelo impacto de √≠ons pela radia√ß√£o sobre as mol√©culas de g√°s. O c√Ęmara de ioniza√ß√£o √© o mais simples destes detectores, e recolhe todas as cargas criadas por ioniza√ß√£o directa, dentro do g√°s atrav√©s da aplica√ß√£o de um campo el√©ctrico.

O Tubo Geiger-M√ľller ea contador proporcional tanto utilizar um fen√≥meno conhecido como um Townsend avalanche para multiplicar o efeito do evento ionizante original por meio de um efeito de cascata em que os electr√Ķes livres s√£o dadas energia suficiente pelo campo el√©ctrico para libertar mais electr√Ķes por impacto de i√Ķes.

Química

Notação

Denotando o estado carregado

Nota√ß√Ķes equivalentes para um ferro √°tomo (Fe), que perdeu dois el√©trons.

Ao escrever a f√≥rmula qu√≠mica de um i√£o, a sua carga l√≠quida √© escrito no sobrescrito imediatamente ap√≥s a estrutura qu√≠mica para a mol√©cula / √°tomo. A carga total √© escrito com a magnitude antes do sinal; isto √©, um cati√£o duplamente carregado √© indicado como 2+ em vez de dois. No entanto, a magnitude da carga √© omitida por carga √ļnica mol√©culas / √°tomos; por exemplo, o s√≥dio √© indicado como cati√£o Na + e n√£o de Na 1+.

Uma alternativa (e aceit√°vel) forma de mostrar uma mol√©cula / √°tomo com m√ļltiplas acusa√ß√Ķes √©, chamando os sinais v√°rias vezes; esta √© muitas vezes visto com metais de transi√ß√£o. Os qu√≠micos √†s vezes a volta ao sinal; isso √© meramente ornamental e n√£o altera o significado qu√≠mico. Todas as tr√™s representa√ß√Ķes de Fe 2+ mostrados na figura s√£o, assim, equivalente.

Algarismos romanos misturados e nota√ß√Ķes de carga para o √≠on uranila. O estado de oxida√ß√£o do metal √© mostrado como numerais romanos sobrescritos, enquanto que a carga de todo o complexo √© mostrada pelo s√≠mbolo √Ęngulo juntamente com a magnitude e o sinal da carga l√≠quida.

√?ons monoat√īmicos √†s vezes s√£o tamb√©m indicadas com algarismos romanos; por exemplo, o Fe 2+ exemplo visto acima √©, ocasionalmente referido como Fe (II) ou Fe II. O numeral romano designa o formal de estado de oxida√ß√£o de um elemento, enquanto que os n√ļmeros sobrescritos indica a carga l√≠quida. As duas nota√ß√Ķes s√£o, por conseguinte, permut√°vel para i√Ķes monoat√īmicos, mas os n√ļmeros romanos n√£o pode ser aplicado aos i√Ķes poliat√≥micos. No entanto, √© poss√≠vel misturar as nota√ß√Ķes para o centro de metal indiv√≠duo com um complexo poliat√īmico, como mostrado por exemplo o i√£o uranilo.

Sub-classes

Se um i√£o contem el√©trons desemparelhados, ela √© chamada de ion radical. Assim como os radicais n√£o carregadas, √≠ons radicais s√£o muito reativos. Poliat√īmicos i√Ķes que cont√™m oxig√©nio, tais como carbonato e sulfato, s√£o chamados oxi√Ęnions. I√Ķes moleculares que contenham pelo menos um carbono para liga√ß√£o de hidrog√™nio s√£o chamados √≠ons org√Ęnicos. Se a carga de um i√£o org√Ęnico √© formalmente centrada num carbono, que √© denominado um carbocation (se carregado positivamente) ou carbani√£o (se carregado negativamente).

Formação

Forma√ß√£o de i√Ķes monoat√īmicos

Monatomic i√Ķes s√£o formadas pelo ganho ou perda de electr√Ķes para a camada de val√™ncia (a casca mais externa de el√©trons) em um √°tomo. As camadas internas de um √°tomo s√£o preenchidos com el√©trons que s√£o fortemente ligadas √† carga positiva n√ļcleo at√īmico , e por isso n√£o participar neste tipo de intera√ß√£o qu√≠mica. O processo de ganhar ou perder el√©trons de um √°tomo neutro ou mol√©cula √© chamado de ioniza√ß√£o.

Os √°tomos podem ser ionizados por bombardeamento com radia√ß√£o, mas o processo mais habitual de ioniza√ß√£o encontrado em qu√≠mica √© a transfer√™ncia de electr√Ķes entre √°tomos ou mol√©culas. Esta transfer√™ncia √© geralmente impulsionada pela consecu√ß√£o de est√°vel ("shell fechado") configura√ß√Ķes eletr√īnicas. √?tomos vai ganhar ou perder el√©trons, dependendo de qual a√ß√£o leva menos energia.

Por exemplo, um s√≥dio √°tomo, Na, tem um √ļnico el√©tron em sua camada de val√™ncia, em torno de 2 est√°veis camadas internas, cheios de 2 e 8 el√©trons. Uma vez que estas conchas cheias s√£o muito est√°veis, um √°tomo de s√≥dio tende a perder seu el√©tron extra e atingir esta configura√ß√£o est√°vel, tornando-se um c√°tion de s√≥dio no processo

Na → Na + + e -

Por outro lado, um cloro √°tomo de Cl, tem sete electr√Ķes na sua camada de val√™ncia, que √© um curto do inv√≥lucro est√°vel, encheu-se com 8 electr√Ķes. Assim, um √°tomo de cloro tende a ganhar um electr√£o adicional e atingir um n√≠vel de 8-est√°vel de electr√Ķes, tornando-se um ani√£o cloreto no processo:

Cl + e -Cl -

Esta for√ßa motriz √© o que faz com que s√≥dio e cloro para sofrer uma reac√ß√£o qu√≠mica, em que o electr√£o "extra" √© transferido a partir de s√≥dio ao cloro, formando cati√Ķes de s√≥dio e de cloreto de ani√Ķes. Sendo carga oposta, estes c√°tions e √Ęnions formar liga√ß√Ķes i√≥nicas e combinam-se para formar cloreto de s√≥dio , NaCl, mais vulgarmente conhecido como Rock Salt.

Na + + Cl - → NaCl

Forma√ß√£o de i√Ķes poliat√≥micos e moleculares

Um mapa potencial eletrostático do íon nitrato (NO -
3). O shell 3-dimensional representa um √ļnico arbitr√°ria isopotencial.

Polyatomic e íons moleculares são formados pela ganhar ou perder de íons elementares, tais como H + em moléculas neutras. Por exemplo, quando amoníaco , NH3, aceita um protão, H +, que forma o ião amónio, NH +
4. A am√≥nia e am√≥nio t√™m o mesmo n√ļmero de electr√Ķes essencialmente na mesma configura√ß√£o electr√≥nica, mas de am√≥nio tem um prot√£o extra que lhe confere uma carga positiva l√≠quida.

A am√īnia tamb√©m pode perder um el√©tron para ganhar uma carga positiva, formando o √≠on ¬∑ NH +
3. No entanto, este ião é instável, porque possui uma incompleta camada de valência em torno do átomo de nitrogênio, tornando-o um muito reativo ion radical.

Devido √† instabilidade dos i√Ķes radicais, i√Ķes poliat√≥micos moleculares e s√£o normalmente formados pelo ganho ou perda de i√Ķes elementares, tais como H +, em vez de ganhar ou perder electr√Ķes. Isso permite que a mol√©cula para preservar a sua configura√ß√£o eletr√īnica est√°vel enquanto a aquisi√ß√£o de uma carga el√©trica.

Potencial de ionização

A energia necess√°ria para separar um electr√£o no seu estado de energia mais baixo a partir de um √°tomo ou mol√©cula de um g√°s com menos carga el√©ctrica global √© chamado o potencial de ioniza√ß√£o, ou a energia de ioniza√ß√£o. O n-√©simo energia de ioniza√ß√£o de um √°tomo √© a energia necess√°ria para separar o seu N ¬į de electr√Ķes, ap√≥s o primeiro n - 1 electr√Ķes j√° ter sido isolada.

Cada energia de ioniza√ß√£o sucessivas √© marcantemente maior do que o √ļltimo. Grandes aumentos particularmente ocorrer ap√≥s um determinado bloco de orbitais at√≥micas est√° esgotado de el√©trons. Por esta raz√£o, os i√Ķes tendem a formar-se em formas que os deixam com blocos completos orbitais. Por exemplo, de s√≥dio tem um el√©tron de val√™ncia em sua camada mais externa, portanto, em forma ionizada √© comumente encontrada com um el√©tron perdido, como Na +. Por outro lado da tabela peri√≥dica, de cloro tem sete electr√Ķes de val√™ncia, de modo que na forma ionizada √© vulgarmente encontrado com um ganho de electr√Ķes, como Cl -. O c√©sio tem a menor energia de ioniza√ß√£o medida de todos os elementos e h√©lio tem o maior. Em geral, a energia de ioniza√ß√£o de metais √© muito menor do que a energia de ioniza√ß√£o de n√£o-metais, raz√£o pela qual, em geral, metais vai perder el√©trons para formar √≠ons carregados positivamente e n√£o metais vai ganhar el√©trons para formar √≠ons carregados negativamente.

Liga√ß√£o i√īnica

Liga√ß√£o i√īnica √© um tipo de liga√ß√£o qu√≠mica que surge da atra√ß√£o m√ļtua de i√Ķes de carga oposta. Os i√Ķes de carga como se repelem mutuamente, e os i√Ķes de carga oposta se atraem. Portanto √≠ons n√£o costumam existir por conta pr√≥pria, mas se ligar√° com √≠ons de carga oposta para formar um estrutura de cristal. O composto resultante √© chamado um composto i√≥nico, e √© dito para ser mantido unido por liga√ß√£o i√≥nica. Em compostos i√īnicos surgem dist√Ęncias entre vizinhos caracter√≠sticos de √≠ons a partir do qual a extens√£o espacial ea raio i√≥nico de i√Ķes individuais podem ser derivadas.

O tipo mais comum de liga√ß√£o i√≥nica √© visto em compostos de metais e n√£o-metais (com excep√ß√£o dos gases nobres , que raramente formam compostos qu√≠micos). Os metais s√£o caracterizados por terem um pequeno n√ļmero de electr√Ķes em excesso de uma configura√ß√£o electr√≥nica est√°vel, fechou-concha. Como tal, eles t√™m a tend√™ncia para perder estes electr√Ķes adicionais a fim de atingir uma configura√ß√£o est√°vel. Esta propriedade √© conhecida como electropositivity. N√£o metais, por outro lado, s√£o caracterizados por terem uma configura√ß√£o de electr√Ķes alguns electr√Ķes curtas de uma configura√ß√£o est√°vel. Como tal, eles t√™m a tend√™ncia para ganhar mais electr√Ķes, a fim de obter uma configura√ß√£o est√°vel. Esta tend√™ncia √© conhecido como eletronegatividade. Quando um metal altamente electropositiva √© combinado com um n√£o-metal altamente electronegativo, electr√Ķes adicionais a partir dos √°tomos de metal s√£o transferidos para os √°tomos de metal√≥ide deficientes em electr√Ķes. Esta reac√ß√£o produz cati√Ķes de metal e ani√Ķes de metal√≥ide, que s√£o atra√≠dos para o outro para formar um sal .

Aplica√ß√Ķes qu√≠micas

Cada energia de ioniza√ß√£o sucessivas √© marcantemente maior do que o √ļltimo. Grandes aumentos particularmente ocorrer ap√≥s um determinado bloco de orbitais at√≥micas est√° esgotado de el√©trons. Por esta raz√£o, os i√Ķes tendem a formar-se em formas que os deixam com blocos completos orbitais. Por exemplo, de s√≥dio tem um el√©tron de val√™ncia em sua camada mais externa, portanto, em forma ionizada √© comumente encontrada com um el√©tron perdido, como Na +. Por outro lado da tabela peri√≥dica, de cloro tem sete electr√Ķes de val√™ncia, de modo que na forma ionizada √© vulgarmente encontrado com um ganho de electr√Ķes, como Cl -. O c√©sio tem a menor energia de ioniza√ß√£o medida de todos os elementos e h√©lio tem o maior. Em geral, a energia de ioniza√ß√£o de metais √© muito menor do que a energia de ioniza√ß√£o de n√£o-metais, raz√£o pela qual, em geral, metais vai perder el√©trons para formar √≠ons carregados positivamente e n√£o metais vai ganhar el√©trons para formar √≠ons carregados negativamente.

√?ons comuns

C√°tions comuns
Nome comum Fórmula Nome histórico
C√°tions simples
Alumínio Al 3+
C√°lcio Ca 2+
O cobre (II) Cu 2+ cupric
Hidrogênio H +
Ferro (II) Fe 2+ ferroso
Ferro (III) Fe 3+ férrico
Magnésio Mg 2+
De merc√ļrio (II) Hg 2+ mercuric
Pot√°ssio K + Kalic
Prata Ag +
Sódio Na + natric
C√°tions poliat√īmicos
Am√īnio NH +
4
Hydronium H3O +
De merc√ļrio (I) Hg 2+
2
mercurous
√ānions comuns
Nome formal Fórmula Alt. nome
√ānions simples
Cloreto Cl -
Fluoreto F -
Brometo Br -
√ďxido O 2-
Oxoanions
Carbonato CO 2
3
De hidrogenocarbonato HCO -
3
bicarbonato
Hidróxido OH -
Nitrato NO -
3
Fosfato PO 3-
4
Sulfato SO 2-
4
Os √Ęnions de √°cidos org√Ęnicos
Acetato CH 3 COO -
ethanoate
Formate HCOO - methanoate
Oxalato C 2 O 2-
4
ethandioate
Cianeto CN -
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