Химическая энциклопедия

ИОНЫ (от греч. - идущий), одноатомные или многоатомные частицы, несущие электрич. заряд, напр. Н⁺, Li⁺, Аl³⁺, NH₄⁺, F^-, SO₄^2-. Положительные И. называют катионами (от греч. kation, буквально - идущий вниз), отрицательные - а н и о н а м и (от греч. anion, буквально идущий вверх). В своб. состоянии существуют в газовой фазе (в плазме). Положительные И. в газовой фазе можно получить в результате отрыва одного или неск. электронов от нейтральных частиц при сильном нагреве газа, действии электрич. разряда, ионизирующих излучений и др. Поглощаемую при образовании однозарядного положит. И. энергию называют первым потенциалом ионизации (или первой энергией ионизации), для получения двухзарядного И. из однозарядного затрачивается вторая энергия ионизации и т. д. Отрицат. И. образуются в газовой фазе при присоединении к частицам своб. электронов, причем нейтральные атомы могут присоединять не более одного электрона; отрицат. многозарядные одноатомные И. в индивидуальном состоянии не существуют. Выделяющаяся при присоединении электрона к нейтральной частице энергия наз. сродством к электрону. В газовой фазе И. могут присоединять нейтральные молекулы и образовывать ионмолекулярные комплексы. См. также Ионы в газах . В конденсир. фазах И. находятся в ионных кристаллич. решетках и ионных расплавах; в р-рах электролитов имеются сольватир. И., образовавшиеся в результате электролитич. диссоциации растворенного в-ва. В конденсир. фазе И. интенсивно взаимодействуют (связаны) с окружающими их частицами - И. противоположного знака в кристаллах и в расплавах, с нейтральными молекулами - в р-рах. Взаимод. происходит по кулоновскому, ион-дипольному, донорно-акцепторному механизмам. В р-рах вокруг И. образуются сольватные оболочки из связанных с И. молекул р-рителя (см. Гидратация , Сольватация ). Представление об И. в кристаллах - удобная идеализир. модель, т.к. чисто ионной связи никогда не бывает, напр., в кристаллич. NaCl эффективные заряды атомов Na и Сl равны соотв. приблизительно +0,9 и —0,9. Св-ва И. в конденсир. фазе значительно отличаются от св-в тех же И. в газовой фазе. В р-рах существуют отрицательные двухзарядные одноатомные И. В конденсир. фазе имеется множество разл. многоатомных И. - анионы кислородсодержащих к-т, напр. NO₃^-, SO₄^2-, комплексные И., напр. [Co(NH₃)₆]³⁺, [PtCl₆]^2-, кластерные И. [Nb₆Cl₁₂]²⁺ и др. (см. Кластеры ), И. полиэлектролитов и др. В р-ре И. могут образовывать ионные пары . Термодинамич. характеристики - DH⁰_обр, S⁰, DG⁰_обр индивидуальных И. известны точно только для И. в газовой фазе. Для И. в р-рах при эксперим. определении всегда получают сумму значений термодинамич. характеристик для катиона и аниона. Возможен теоретич. расчет термодинамич. величин индивидуальных И., но его точность пока меньше точности эксперим. определения суммарных значений, поэтому для практич. целей пользуются условными шкалами термодинамич. характеристик индивидуальных И. в р-ре, причем обычно принимают величины термодинамич. характеристик Н⁺ равными нулю. Осн. структурные характеристики И. в конденсир. фазе -радиус и координац. число. Было предложено много разл. шкал радиусов одноатомных И. Часто используются т. наз. физ. радиусы ионов, найденные К. Шенноном (1969) по эксперим. данным о точках минимума электронной плотности в кристаллах. Координац. числа одноатомных И. в осн. лежат в пределах 4-8. И. участвуют во множестве разнообразных р-ций. Часто бывают катализаторами, промежут. частицами в хим. р-циях, напр., при гетеролитических реакциях . Обменные ионные р-ции в р-рах электролитов обычно протекают практически мгновенно. В электрич. поле И. переносят электричество: катионы - к отрицат. электроду (катоду), анионы - к положительному (аноду); одновременно происходит перенос в-ва, к-рый играет важную роль в электролизе , при ионном обмене и др. процессах. И. играют важную роль в геохим. процессах, хим. технологии, а также в процессах в живом организме (напр., функционирование биол. мембран, проводимость нервных импульсов, физ.-хим. св-ва белков и т.п.) и др. Об орг. ионах см. Карбкатионы и Карбанионы . См. также Аммоний-катионы , Гидрид-ион , Гидроксид-анион , Гидроксоний-ион , Протон и др. Лит.: Современная кристаллография, т. 2, М., 1979; Смирнов Б. М., Комплексные ионы, М., 1983; Крестов Г. А., Термодинамика ионных процессов в растворах, 2 изд., Л., 1984; Киперт Д., Неорганическая стереохимия, пер. с англ., М., 1985. С. И. Дракин.