ионы

ИОНЫ (от греч. — идущий)

одноатомные или многоатомные частицы, несущие электрич. заряд, напр. H⁺, Li⁺, Al³⁺, NH₄⁺, F⁻, SO₄²⁻. 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 растворах электролитов имеются сольватир. И., образовавшиеся в результате электролитич. диссоциации растворенного вещества. В конденсир. фазе И. интенсивно взаимодействуют (связаны) с окружающими их частицами — И. противоположного знака в кристаллах и в расплавах, с нейтральными молекулами — в растворах. Взаимод. происходит по кулоновскому, ион-дипольному, донорно-акцепторному механизмам. В растворах вокруг И. образуются сольватные оболочки из связанных с И. молекул растворителя (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 Cl равны соотв. приблизительно +0,9 и —0,9. Свойства И. в конденсир. фазе значительно отличаются от свойств тех же И. в газовой фазе. В растворах существуют отрицательные двухзарядные одноатомные И. В конденсир. фазе имеется множество разл. многоатомных И. — анионы кислородсодержащих кислот, напр. NO₃⁻, SO₄²⁻, комплексные И., напр. [Co(NH₃)₆]³⁺, [PtCl₆]²⁻, кластерные И. [Nb₆Cl₁₂]²⁺ и др. (см. кластеры), И. полиэлектролитов и др. В растворе И. могут образовывать ионные пары. Термодинамич. характеристики — ΔH⁰_обр, S⁰, ΔG⁰_обр индивидуальных И. известны точно только для И. в газовой фазе. Для И. в растворах 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 растворе, причем обычно принимают величины термодинамич. характеристик H⁺ 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 реакций. Часто бывают катализаторами, промежут. частицами в химических реакциях, напр., при гетеролитических реакциях. Обменные ионные реакции в растворах электролитов обычно протекают практически мгновенно. В электрич. поле И. переносят электричество: катионы — к отрицат. электроду (катоду), анионы — к положительному (аноду); одновременно происходит перенос вещества, который 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. свойства 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}