Ионы

В конце XVIII в. английский ученый Г. Кавендиш обнаружил, что при растворении соли в воде электропроводность раствора повышается. Но лишь в 1884—1887 г. знаменитый шведский химик С. Аррениус сформулировал положения теории электролитической диссоциации, в которой объяснил это явление диссоциацией (распадением) молекул поваренной соли на ионы.

Атомы электронейтральны. Но если атом лишается одного или нескольких электронов, то он приобретает положительный заряд, и, наоборот, если атом присоединяет «лишние» электроны, он становится отрицательно заряженным.

Ионы — это заряженные частицы — атомы или группы химически связанных атомов — с недостатком (катионы) или избытком (анионы) электронов.

Ионы образуются в результате различных химических реакций, а также при растворении в полярных жидкостях, например воде, веществ с полярными связями (см. Химическая связь). Газы можно ионизировать, пропуская через них электроны с высокой энергией. Ионизированный газ называют плазмой.

Еще в 1913 г. методом дифракции (преломления) рентгеновских лучей при изучении кристаллической структуры поваренной соли было установлено, что в ее кристаллах нет отдельных молекул, а каждый ион Na⁺ окружен 6 ионами Сl^-. Подобным же образом каждый ион хлора окружен 6 ионами натрия.

Но если поваренная соль состоит из ионов, то почему она не проводит электрической ток в сухом виде? Оказывается, потому, что в твердом теле ионы не имеют свободы передвижения. Стоит разрушить кристаллическую решетку при растворении или плавлении соли, и ионы начнут двигаться к соответствующим электродам, в растворе появится электрический ток.

Свойства ионов значительно отличаются от свойств исходных атомов. Существуют сложные ионы, например гидроксильная группа ОН- или ион остатка серной кислоты SO₄^2-. Некоторые ионы весьма устойчивы и могут существовать в жидкой, газовой и твердой фазах. Другие, как, например, ион аммония NH₄⁺ или та же гидроксогруппа ОН^-, могут существовать только в растворах и в свободном состоянии не существуют.

В зависимости от числа недостающих или избыточных электронов ионы разделяются на однозарядные, двухзарядные и т. д.

Атомы элементов I группы (главной подгруппы) периодической системы легко отдают по одному электрону, превращаясь в одновалентные положительно заряженные ионы. Элементы II группы отдают по два электрона, элементы III группы — по три. При электролизе положительно заряженные ионы движутся к катоду, поэтому их называют катионами. По той же причине отрицательно заряженные ионы, движущиеся к аноду, называются анионами.