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Informações de fundo

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Um ião é um átomo ou molécula em que o número total de electrões não é igual ao número total de protões , dando o átomo de forma positiva ou negativa líquida carga eléctrica .

Os iões podem ser criados por meios químicos e físicos. Em termos químicos, se um átomo neutro perde um ou mais electrões, que tem uma carga global positiva e é conhecido como um catião . Se um átomo ganha electrões, que tem uma carga líquida negativa e é conhecido como um anião . Um ião consistindo de um único átomo é um atómica ou ion monatomic; se for constituída por duas ou mais átomos, é um molecular ou ion polyatomic.

No caso de ionização físico de um meio, tal como um gás, que são conhecidos como "pares" de iões são criados por impacto de iões, e cada par é constituído por um electrão livre e um ião positivo.

Cátions e ânions

O hidrogênio átomo (centro) contém um único próton e um único elétron . A remoção do electrão dá um catião (esquerda), enquanto que a adição de um electrão dá um anião (à direita). O anião hidrogénio, com a sua forma ligeiramente solta nuvem de dois electrões, tem um raio maior que o átomo neutro, o que por sua vez, é muito maior do que a do protão nua do catião . O hidrogénio constitui o único catião que não tem electrões, mas mesmo catiões que (ao contrário do hidrogénio) ainda retêm um ou mais electrões são ainda menores do que os átomos ou moléculas neutras a partir dos quais eles são derivados.

Uma vez que a carga eléctrica em um protão é igual em magnitude à carga de um electrão, a carga eléctrica líquida sobre um ião é igual ao número de protões no ião menos o número de electrões.

Um anião de (-) (pron .: / æ n . . ən / Olho-AN-ən), a partir da palavra grega ἄνω (OAN), que significa "up", é um íon com mais elétrons do que prótons, dando-lhe uma carga líquida negativa (uma vez que os elétrons são carregados negativamente e prótons são carregados positivamente).

A catiônica (+) (pron .: / k æ t . . ən / Olho-KAT-ən), a partir da palavra grega κατά (kata), que significa "down", é um íon com menos elétrons do que prótons, dando-lhe uma carga positiva.

Há nomes adicionais utilizados para os iões com cargas múltiplas. Por exemplo, um ião com uma carga -2 é conhecido como um dianião e um ião com uma carga 2 é conhecido como um dication. A zwitterião é uma molécula neutra com cargas positivas e negativas em diferentes locais dentro da molécula que.

História da descoberta

A palavra ion é o ιον grego (vai), o particípio presente de ιεναι, ienai, "ir". Este termo foi introduzido pelo físico e químico Inglês Michael Faraday em 1834 para as espécies então desconhecidas, que vai de um eléctrodo para o outro através de um meio aquoso. Faraday não conhecia a natureza dessas espécies, mas sabia que, desde metais dissolvidos em solução e entrou em um eletrodo, e new metal saía de solução no outro eléctrodo, que algum tipo de substância movido através da solução em uma corrente, transmitindo questão de um lugar para o outro.

Faraday também introduziu o ânion palavras para um íon com carga negativa, e cação para uma positivamente carregada. Na nomenclatura de Faraday, cátions foram chamados porque eles foram atraídos para a cátodo em um dispositivo galvânica e ânions foram nomeados devido à sua atração para o ânodo.

Características

?ons em seu estado gasoso-like são altamente reativos, e não ocorrem em grande quantidade na Terra, exceto em chamas, raios, faíscas elétricas, e outros plasmas . Esses íons de gás-como interagir rapidamente com íons de carga oposta para dar moléculas neutras ou de sais iônicos. Os iões são também produzidas no estado líquido ou no estado sólido quando os sais de interagir com solventes (por exemplo, água) para produzir "iões solvatados", que são mais estáveis, por razões que envolvem uma combinação de energia e de entropia alterações como os iões se afastam umas outra para interagir com o líquido. Estas espécies estabilizadas são mais comumente encontrados no ambiente a baixas temperaturas. Um exemplo comum é os iões presentes na água do mar, que são derivados a partir dos sais dissolvidos.

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

  • atraídos por cargas opostas elétricos (positivo para negativo, e vice-versa),
  • repelido por encargos como
  • quando se deslocam, viajar em trajetórias que são desviados por um campo magnético.

Elétrons, devido à sua menor massa e propriedades de preenchimento de espaço, assim como maiores ondas de matéria, determinar o tamanho de átomos e moléculas que possuem quaisquer electrões em todos. Assim, aniões (iões carregados negativamente) são maiores do que a molécula ou átomo, como o excesso de electrões (s) repelem-se mutuamente, e aumentam o tamanho físico do ião, porque o seu tamanho é determinado pelo seu nuvem de elétrons. Como tal, de um modo geral, catiões são menores do que o átomo ou molécula pai correspondente devido ao seu tamanho menor de nuvem de electrões. Um catião particular (a de hidrogénio) não contém electrões e, portanto, é muito menor do que o átomo de hidrogénio pai.

Ocorrências naturais

Os íons são onipresentes na natureza e são responsáveis por diversos fenómenos da luminescência da Sun para a existência da Terra ionosfera. ?tomos no seu estado iónico pode ter uma cor diferente a partir de átomos neutros, e, assim, a absorção de luz por meio de iões de metal dá a cor de pedras preciosas. Em ambos química inorgânica e orgânica (incluindo bioquímica), a interacção de água e iões é extremamente importante; um exemplo é a energia que conduz quebra do trifosfato de adenosina ( ATP ). As seções seguintes descrevem contextos nos quais os íons apresentam proeminente; estes são organizados em ordem decrescente comprimento escala física, da astronomia à microscópica.

Astronômico

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 coleção de não- iões de gás semelhante aquosas, ou mesmo um gás contendo uma proporção de partículas carregadas, é chamado um plasma. Mais do que 99,9% de matéria visível no universo podem estar na forma de plasmas . Estes incluem a Sun e outras estrelas eo espaço entre planetas, bem como a espaço entre as estrelas. Os plasmas são muitas vezes chamado o quarto estado da matéria, porque as suas propriedades são substancialmente diferentes das dos sólidos , líquidos e gases . Plasmas astrofísicos conter predominantemente uma mistura de elétrons e prótons (hidrogênio ionizado).

Tecnologia relacionada

Os iões podem ser não-quimicamente preparado utilizando várias fontes de iões, geralmente envolvendo alta tensão ou temperatura. Estes são utilizados em uma grande variedade de dispositivos, tais como espectrómetros de massa , espectrômetro de emissão óptica, aceleradores de partículas, implantadores íon, e motores iônicos.

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 sinalização e metabolismo em organismos são controlados por um gradiente iónico através preciso membranas, a perturbação deste gradiente contribui para a morte celular. Este é um mecanismo comum explorado por natural e artificial biocidas, incluindo o canais iônicos gramicidin e anfotericina (um fungicida).

Iões inorgânicos dissolvidos são um componente de total de sólidos dissolvidos, um indicador de qualidade da água no mundo.

A detecção de radiação ionizante

Esquemática de uma câmara de ionização, mostrando desvio de íons. Elétrons deriva mais rápido do que os íons positivos, devido à 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 radiação ionizante sobre um gás é amplamente utilizado para a detecção de radiação tal como alfa, beta, gama e Raios-X. O evento inicial ionização nestes instrumentos resulta na formação de um "par de iões"; um íon positivo e um elétron livre, pelo impacto de íons pela radiação sobre as moléculas de gás. O câmara de ionização é o mais simples destes detectores, e recolhe todas as cargas criadas por ionização directa, dentro do gás através da aplicação de um campo eléctrico.

O Tubo Geiger-Müller ea contador proporcional tanto utilizar um fenómeno conhecido como um Townsend avalanche para multiplicar o efeito do evento ionizante original por meio de um efeito de cascata em que os electrões livres são dadas energia suficiente pelo campo eléctrico para libertar mais electrões por impacto de iões.

Química

Notação

Denotando o estado carregado

Notações equivalentes para um ferro átomo (Fe), que perdeu dois elétrons.

Ao escrever a fórmula química de um ião, a sua carga líquida é escrito no sobrescrito imediatamente após a estrutura química para a molécula / átomo. A carga total é escrito com a magnitude antes do sinal; isto é, um catião duplamente carregado é indicado como 2+ em vez de dois. No entanto, a magnitude da carga é omitida por carga única moléculas / átomos; por exemplo, o sódio é indicado como catião Na + e não de Na 1+.

Uma alternativa (e aceitável) forma de mostrar uma molécula / átomo com múltiplas acusações é, chamando os sinais várias vezes; esta é muitas vezes visto com metais de transição. Os químicos às vezes a volta ao sinal; isso é meramente ornamental e não altera o significado químico. Todas as três representações de Fe 2+ mostrados na figura são, assim, equivalente.

Algarismos romanos misturados e notações de carga para o íon uranila. O estado de oxidação do metal é mostrado como numerais romanos sobrescritos, enquanto que a carga de todo o complexo é mostrada pelo símbolo ângulo juntamente com a magnitude e o sinal da carga líquida.

?ons monoatômicos às vezes são também indicadas com algarismos romanos; por exemplo, o Fe 2+ exemplo visto acima é, ocasionalmente referido como Fe (II) ou Fe II. O numeral romano designa o formal de estado de oxidação de um elemento, enquanto que os números sobrescritos indica a carga líquida. As duas notações são, por conseguinte, permutável para iões monoatômicos, mas os números romanos não pode ser aplicado aos iões poliatómicos. No entanto, é possível misturar as notações para o centro de metal indivíduo com um complexo poliatômico, como mostrado por exemplo o ião uranilo.

Sub-classes

Se um ião contem elétrons desemparelhados, ela é chamada de ion radical. Assim como os radicais não carregadas, íons radicais são muito reativos. Poliatômicos iões que contêm oxigénio, tais como carbonato e sulfato, são chamados oxiânions. Iões moleculares que contenham pelo menos um carbono para ligação de hidrogênio são chamados íons orgânicos. Se a carga de um ião orgânico é formalmente centrada num carbono, que é denominado um carbocation (se carregado positivamente) ou carbanião (se carregado negativamente).

Formação

Formação de iões monoatômicos

Monatomic iões são formadas pelo ganho ou perda de electrões para a camada de valência (a casca mais externa de elétrons) em um átomo. As camadas internas de um átomo são preenchidos com elétrons que são fortemente ligadas à carga positiva núcleo atômico , e por isso não participar neste tipo de interação química. O processo de ganhar ou perder elétrons de um átomo neutro ou molécula é chamado de ionização.

Os átomos podem ser ionizados por bombardeamento com radiação, mas o processo mais habitual de ionização encontrado em química é a transferência de electrões entre átomos ou moléculas. Esta transferência é geralmente impulsionada pela consecução de estável ("shell fechado") configurações eletrônicas. ?tomos vai ganhar ou perder elétrons, dependendo de qual ação leva menos energia.

Por exemplo, um sódio átomo, Na, tem um único elétron em sua camada de valência, em torno de 2 estáveis camadas internas, cheios de 2 e 8 elétrons. Uma vez que estas conchas cheias são muito estáveis, um átomo de sódio tende a perder seu elétron extra e atingir esta configuração estável, tornando-se um cátion de sódio no processo

Na → Na + + e -

Por outro lado, um cloro átomo de Cl, tem sete electrões na sua camada de valência, que é um curto do invólucro estável, encheu-se com 8 electrões. Assim, um átomo de cloro tende a ganhar um electrão adicional e atingir um nível de 8-estável de electrões, tornando-se um anião cloreto no processo:

Cl + e -Cl -

Esta força motriz é o que faz com que sódio e cloro para sofrer uma reacção química, em que o electrão "extra" é transferido a partir de sódio ao cloro, formando catiões de sódio e de cloreto de aniões. Sendo carga oposta, estes cátions e ânions formar ligações iónicas e combinam-se para formar cloreto de sódio , NaCl, mais vulgarmente conhecido como Rock Salt.

Na + + Cl - → NaCl

Formação de iões poliatómicos e moleculares

Um mapa potencial eletrostático do íon nitrato (NO -
3). O shell 3-dimensional representa um único arbitrária 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 amónia e amónio têm o mesmo número de electrões essencialmente na mesma configuração electrónica, mas de amónio tem um protão extra que lhe confere uma carga positiva líquida.

A amônia também pode perder um elétron para ganhar uma carga positiva, formando o íon · 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 à instabilidade dos iões radicais, iões poliatómicos moleculares e são normalmente formados pelo ganho ou perda de iões elementares, tais como H +, em vez de ganhar ou perder electrões. Isso permite que a molécula para preservar a sua configuração eletrônica estável enquanto a aquisição de uma carga elétrica.

Potencial de ionização

A energia necessária para separar um electrão no seu estado de energia mais baixo a partir de um átomo ou molécula de um gás com menos carga eléctrica global é chamado o potencial de ionização, ou a energia de ionização. O n-ésimo energia de ionização de um átomo é a energia necessária para separar o seu N ° de electrões, após o primeiro n - 1 electrões já ter sido isolada.

Cada energia de ionização sucessivas é marcantemente maior do que o último. Grandes aumentos particularmente ocorrer após um determinado bloco de orbitais atómicas está esgotado de elétrons. Por esta razão, os iões tendem a formar-se em formas que os deixam com blocos completos orbitais. Por exemplo, de sódio tem um elétron de valência em sua camada mais externa, portanto, em forma ionizada é comumente encontrada com um elétron perdido, como Na +. Por outro lado da tabela periódica, de cloro tem sete electrões de valência, de modo que na forma ionizada é vulgarmente encontrado com um ganho de electrões, como Cl -. O césio tem a menor energia de ionização medida de todos os elementos e hélio tem o maior. Em geral, a energia de ionização de metais é muito menor do que a energia de ionização de não-metais, razão pela qual, em geral, metais vai perder elétrons para formar íons carregados positivamente e não metais vai ganhar elétrons para formar íons carregados negativamente.

Ligação iônica

Ligação iônica é um tipo de ligação química que surge da atração mútua de iões de carga oposta. Os iões de carga como se repelem mutuamente, e os iões de carga oposta se atraem. Portanto íons não costumam existir por conta própria, mas se ligará com íons de carga oposta para formar um estrutura de cristal. O composto resultante é chamado um composto iónico, e é dito para ser mantido unido por ligação iónica. Em compostos iônicos surgem distâncias entre vizinhos característicos de íons a partir do qual a extensão espacial ea raio iónico de iões individuais podem ser derivadas.

O tipo mais comum de ligação iónica é visto em compostos de metais e não-metais (com excepção dos gases nobres , que raramente formam compostos químicos). Os metais são caracterizados por terem um pequeno número de electrões em excesso de uma configuração electrónica estável, fechou-concha. Como tal, eles têm a tendência para perder estes electrões adicionais a fim de atingir uma configuração estável. Esta propriedade é conhecida como electropositivity. Não metais, por outro lado, são caracterizados por terem uma configuração de electrões alguns electrões curtas de uma configuração estável. Como tal, eles têm a tendência para ganhar mais electrões, a fim de obter uma configuração estável. Esta tendência é conhecido como eletronegatividade. Quando um metal altamente electropositiva é combinado com um não-metal altamente electronegativo, electrões adicionais a partir dos átomos de metal são transferidos para os átomos de metalóide deficientes em electrões. Esta reacção produz catiões de metal e aniões de metalóide, que são atraídos para o outro para formar um sal .

Aplicações químicas

Cada energia de ionização sucessivas é marcantemente maior do que o último. Grandes aumentos particularmente ocorrer após um determinado bloco de orbitais atómicas está esgotado de elétrons. Por esta razão, os iões tendem a formar-se em formas que os deixam com blocos completos orbitais. Por exemplo, de sódio tem um elétron de valência em sua camada mais externa, portanto, em forma ionizada é comumente encontrada com um elétron perdido, como Na +. Por outro lado da tabela periódica, de cloro tem sete electrões de valência, de modo que na forma ionizada é vulgarmente encontrado com um ganho de electrões, como Cl -. O césio tem a menor energia de ionização medida de todos os elementos e hélio tem o maior. Em geral, a energia de ionização de metais é muito menor do que a energia de ionização de não-metais, razão pela qual, em geral, metais vai perder elétrons para formar íons carregados positivamente e não metais vai ganhar elétrons para formar íons carregados negativamente.

?ons comuns

Cátions comuns
Nome comum Fórmula Nome histórico
Cátions simples
Alumínio Al 3+
Cálcio Ca 2+
O cobre (II) Cu 2+ cupric
Hidrogênio H +
Ferro (II) Fe 2+ ferroso
Ferro (III) Fe 3+ férrico
Magnésio Mg 2+
De mercúrio (II) Hg 2+ mercuric
Potássio K + Kalic
Prata Ag +
Sódio Na + natric
Cátions poliatômicos
Amônio NH +
4
Hydronium H3O +
De mercúrio (I) Hg 2+
2
mercurous
Ânions comuns
Nome formal Fórmula Alt. nome
Ânions simples
Cloreto Cl -
Fluoreto F -
Brometo Br -
Óxido 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 ânions de ácidos orgânicos
Acetato CH 3 COO -
ethanoate
Formate HCOO - methanoate
Oxalato C 2 O 2-
4
ethandioate
Cianeto CN -
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