Ио́ны (от греч. ion - идущий), электрически заряженные частицы, образующиеся в результате потери или присоединения одного или нескольких электронов (или других заряженных частиц) к атому, молекуле, радикалу или другому иону. Положительно заряженные ионы называются катионами , отрицательно заряженные ионы - анионами . Термин предложен М. Фарадеем в 1834 г.
Ионы обозначают химическим символом с индексом, расположенным вверху справа. Индекс указывает знак и величину заряда, т. е. кратность иона, в единицах заряда электрона. При потере или приобретении атомом 1, 2, 3... электронов образуются, соответственно, одно-, двух- и трЕхзарядные ионы (см. Ионизация), например Na + , Ca 2+ , Al 3+ , Cl - , SO 4 2- .
Атомные ионы обозначают также химическим символом элемента с римскими цифрами, указывающими кратность иона, в этом случае римские цифры являются спектроскопическими символами и их значение больше величины заряда на единицу, т. е. NI означает нейтральный атом N, обозначение иона NII означает однократно заряженный ион N + , NIII означает N 2+ .
Последовательность ионов различных химических элементов, содержащих одинаковое число электронов, образует изоэлектронный ряд.
Ионы могут входить в состав молекул веществ, образуя молекулы благодаря ионной связи . В виде самостоятельных частиц, в несвязанном состоянии, ионы встречаются во всех агрегатных состояниях вещества - в газах (в частности, в атмосфере), в жидкостях (в расплавах и в растворах), в кристаллах. В жидкостях, в зависимости от природы растворителя и растворенного вещества, ионы могут существовать бесконечно долго, например, ион Na + в водном растворе поваренной соли NaCl. Соли в твердом состоянии обычно образуют ионные кристаллы . Кристаллическая решетка металлов состоит из положительно заряженных ионов, внутри которой находится «электронный газ». Энергия взаимодействия атомных ионов может быть вычислена с помощью различных приближенных методов, учитывающих межатомное взаимодействие .
Образование ионов происходит в процессе ионизации. Для удаления электрона из нейтрального атома или молекулы необходимо затратить определенную энергию, которая называется энергией ионизации. Энергия ионизации, отнесенная к заряду электрона, называется ионизационным потенциалом. Сродство к электрону - характеристика, противоположная энергии ионизации, и показывает величину энергии связи дополнительного электрона в отрицательном ионе.
Нейтральные атомы и молекулы ионизируются под действием квантов оптического излучения, рентгеновского и g-излучения, электрического поля при столкновении с другими атомами, частицами и т. д.
В газах ионы образуются в основном под действием ударов частиц большой энергии или при фотоионизации под действием ультрафиолетовых, рентгеновских и g-лучей (см. Ионизирующие излучения). Образовавшиеся таким путем ионы в обычных условиях недолговечны. При высокой температуре ионизация атомов и ионов (термическая ионизация, т. е. термическая диссоциация с отделением электрона) может происходить также как равновесный процесс , в котором степень ионизации возрастает с повышением температуры и с понижением давления. Газ переходит при этом в состояние плазмы .
Ионы в газах играют большую роль во многих явлениях. В природных условиях ионы образуются в воздухе под действием космических лучей, солнечного излучения или электрического разряда (молнии). Присутствие ионов, их вид и концентрация влияют на многие физические свойства воздуха, на его физиологическую активность.
Положительные и отрицательные ионы: как влияют на здоровье, их источники, каким должен быть правильный баланс ионов.
Наша жизнеспособность напрямую зависит от состава атмосферы. Вдыхаемый воздух продлевает нашу жизнь или существенно сокращает.
Почему жители гор живут дольше, а мегаполисов - меньше? Почему у водопада или в лесу мы чувствуем себя лучше? Разбираемся в статье.
Что такое ион?
Воздух наполнен мизерными атомами, находящимися в постоянном движении и имеющими электрический заряд (электроны). Сталкиваясь друг с дружкой, атомы обмениваются своими зарядами. Это явление нам хорошо известно, как статическое электричество, с ним мы встречаемся, расчесываясь, одевая или снимая синтетическую одежду.
Потеряв или получив электрон, нейтральный атом превращается в ион, частицу с неравным числом протонов и электронов.
Если электронов больше ион имеет отрицательный заряд и называется отрицательным ионом, анионом или аэроионом .
Если электронов меньше ион имеет положительный заряд и называется положительным ионом или катионом .
Окружающая нас среда и наше тело включают оба вида ионов. От того, каких больше зависит наш жизненный потенциал.
Положительные ионы
Влияние на здоровье
Избыток катионов в воздухе вызывает отравление организма и проявляется:
Усиленной выработкой серотонина - гормона-нейромедиатора, активного участника процессов передачи нервных импульсов в мозг.
Перепроизводство гормона счастья опасно и нарушает нормальную работу всего тела: цнс, жкт, терморегуляцию, биоритмы, кровеносной и сердечной систем и т.д.
Человек испытывает перепады настроения, тревогу, страх, бессонницу, и др.
Усталостью, напряженностью, беспокойством, нервозностью, необъяснимой неуверенностью, депрессией;
Частыми простудами,
Приходят в норму давление, дыхание, метаболизм, баланс гормонов, состав крови.
Уменьшается тревожность, стресс, депрессия. Отрицательно ионная терапия по эффективности превосходит антидепрессанты.
Проходит бессонница, боли головы, отсутствие аппетита.
Нормализуется кровоток, что служит профилактикой болезней сердца и сосудов, защитой от инфарктов, инсультов, атеросклероза.
Повышая отрицательный заряд клеток крови, анионы не позволяют им слипаться, образовывать тромбы и бляшки холестерина.
Тем самым улучшается текучесть крови, а стенки сосудов сохраняют свою эластичность и проходимость.
Снижается заболеваемость простудами и гриппом.
Замедляется старение организма.
С возрастом неизбежно происходит электрическая разрядка нашего тела: с уменьшением в нем доли воды (почти на треть к пожилому периоду), в клетках падает электрический заряд, а в тканях снижается электрообмен.
Анионы помогают поддерживать электрические процессы, тем самым продлевая нашу жизнь.
Самое время вспомнить о долгожителях, проживающих в горных районах, где концентрация счастливых ионов наивысшая.
Аэроионы запускают в нашем теле само восстановительные процессы, укрепляя иммунитет.
Улучшается умственная деятельность вследствие лучшего поступления кислорода в мозг.
Анионы отлично и надолго очищают воздушное пространство:
От бактерий, вирусов, спор плесени, пыли, пыльцы и прочих аллергенов;
от сигаретного дыма и других летучих ядов.
Аэроионы притягиваются к вредным положительно-ионным частицам и изменяют их заряд на отрицательный.
В результате загрязнители утяжеляются и оседают на пол и другие поверхности, покидая воздух и теряя шанс попасть в наши дыхательные пути.
Источники:
природа - самый надежный поставщик аэроионов. Их создает космическое излучение, радиоактивность земной коры, природные явления.
Больше всего аэроионов образуется в горах, у водопада, бурной реки, морского прибоя, в лесу, после грозы, шторма, ливня и снегопада.
Именно высокое содержание анионов объясняет терапевтический эффект от пребывания на горных и морских курортах, где мы «лечимся воздухом» буквально.
К сожалению, среда обитания в городских условиях почти полностью лишает нас воздушных витаминов.
Вредные выбросы производств, автомобильные пробки, электромагнитное излучение, вездесущий Wi-Fi, тотальная химия, пыль - все это убийцы отрицательных электронов.
К сравнению, воздух вне городов содержит в 1 мл примерно 6 тысяч частиц пыли. Воздух промышленного города в 1 мл содержит их миллионы.
Как получить отрицательные ионы дома:
Душ - хороший источник отрицательных ионов. Вот почему после утренней водной процедуры мы чувствуем себя бодрее.
Проветриваем жилье, за окном аэроионов больше, чем в квартире.
Если есть возможность, приобретаем ионный генератор. Их обзор последует в следующих публикациях.
Озеленяем жилую площадь. Комнатные растения улучшают микроклимат, вырабатывая кислород, аэроионы и фитонциды.
Ходим босиком, заземляемся.
Уменьшаем факторы, нейтрализующие отрицательные ионы:
Стараемся окружать себя натуральными материалами (мебель, шторы, ковры, покрывала, полотенца и т.д.).
Выключаем электрические приборы из сети, когда ими не пользуемся.
Делаем чаще влажную уборку, удаляя пыль.
Баланс ионов - залог здоровья
Аэроионы необходимы нам для нормальной жизнедеятельности. Между тем статистика неутешительна.
У горных рек и водопадов - превышает 50 тысяч,
В лесах и на лугах - достигает 1.5 тысяч,
В открытом поле - около 1 тысячи,
В атмосфере мегаполисов - едва доходит до 200 штук,
В жилье и офисах - от силы 25-50 анионов, что ничтожно для здоровья.
Периодические измерения концентрации анионов в воздухе главных улиц крупных городов, таких как Москва, Санкт-Петербург, Мюнхен, сидней, Дублин, Париж, Цюрих, показали плачевный результат: в полдень - от 50 до 200 на 1 кубический сантиметр, что меньше нормы в два – четыре раза.
Нормальное соотношение отрицательных и положительных ионов должно составлять 1.5 (на 60% анионов приходится 40% катионов).
Однако ионный баланс в городах не соответствует данному требованию. Положительные ионы преобладают, влияя на наше самочувствие и жизнеспособность.
К слову, баланс ионов нарушился еще в XX веке вследствие процессов индустриализации и урбанизации.
Чем опасен ионный дисбаланс?
При избытке катионов ухудшается здоровье, мы можем испытывать бессонницу, тошноту, мигрень, раздраженность, стресс, депрессию, расстройство
функций щитовидной железы и прочие проблемы, описанным выше.
Ионная чувствительность индивидуальна . Наиболее чувствительны к ионному дисбалансу женщины, дети, люди с ослабленным здоровьем и находящиеся в состоянии стресса, лица пожилого возраста.
Резюме
В свете выше сказанного дополним известную фразу: «Человек есть то, что ест и чем дышит». От качества атмосферы зависит наше общее здоровье, сопротивляемость организма и продолжительность жизни.
Положительные и отрицательные ионы - это маркеры вдыхаемого воздуха и нашего самочувствия. Если у вас есть бессонница, утомляемость, нервозность и вы живете в городе, обратите внимание на то, чем вы дышите.
Чистого, богатого анионами вам воздуха!
Готовится:
- Лечебное влияние отрицательных ионов
- Обзор ионизирующих генераторов
- Зачем ходить босиком
- Чем опасен озон
Елена Вальве для проекта Сонная кантата
Впервые термин "ион" был введен в 1834 году, в чем заслуга Майкла Фарадея. После изучения действия электрического тока на растворы солей, щелочей и кислот он пришел к выводу, что в них содержатся частицы, имеющие некий заряд. Катионами Фарадей назвал ионы, которые в электрическом поле двигались к катоду, имеющему отрицательный заряд. Анионы - отрицательно заряженные неэлементарные ионные частицы, которые в электрическом поле движутся к плюсу - аноду.
Данная терминология применяется и сейчас, а частицы изучаются далее, что позволяет рассматривать химическую реакцию как результат электростатического взаимодействия. Многие реакции протекают по этому принципу, что позволило понять их ход и подобрать катализаторы и ингибиторы для ускорения их протекания и для угнетения синтеза. Также стало известно, что многие вещества, особенно в растворах, всегда находятся в виде ионов.
Номенклатура и классификация ионов
Ионы - это заряженные атомы или группа атомов, которая в ходе химической реакции потеряла или приобрела электроны. Они составляют внешние слои атома и могут теряться из-за низкой силы притяжения ядра. Тогда результатом отсоединения электрона является положительный ион. Также если атом имеет сильный ядерный заряд и узкую электронную оболочку, ядро является акцептором дополнительных электронов. В результате этого образуется отрицательная ионная частица.
Сами ионы - это не только атомы с избыточной или недостаточной электронной оболочкой. Это может быть и группа атомов. В природе чаще всего существуют именно групповые ионы, которые присутствуют в растворах, биологических жидкостях тел организмов и в морской воде. Имеется огромное количество видов ионов, названия которых вполне традиционны. Катионы - это ионные частицы, заряженные положительно, а заряженные отрицательно ионы - это анионы. В зависимости от состава их называют по-разному. Например, катион натрия, катион цезия и другие. Анионы называются по-другому, так как чаще всего состоят из многих атомов: сульфат-анион, ортофосфат-анион и другие.
Механизм образования ионов
Химические элементы в составе соединений редко являются электрически нейтральными. То есть они почти никогда не находятся в состоянии атомов. В образовании ковалентной связи, которая считается самой распространенной, атомы также имеют некий заряд, а электронная плотность смещается вдоль связей внутри молекулы. Однако заряд иона здесь не формируется, потому как энергия ковалентной связи меньше, нежели энергия ионизации. Потому, несмотря на различную электроотрицательность, одни атомы не могут полностью притянуть электроны внешнего слоя других.
В ионных реакциях, где разница электроотрицательности между атомами достаточно большая, один атом может забирать электроны внешнего слоя у другого атома. Тогда созданная связь сильно поляризуется и разрывается. Затраченная на это энергия, которая создает заряд иона, называется энергией ионизации. Для каждого атома она различная и указывается в стандартных таблицах.
Ионизация возможна только в том случае, когда атом или группа атомов способен либо отдавать электроны, либо акцептировать их. Чаще всего это наблюдается в растворе и кристаллах солей. В кристаллической решетке также присутствуют почти неподвижные заряженные частицы, лишенные кинетической энергии. А поскольку в кристалле нет возможности для передвижения, то реакция ионов протекают чаще всего в растворах.
Ионы в физике и химии
Физики и химики активно изучают ионы по нескольким причинам. Во-первых, эти частицы присутствуют во всех известных агрегатных состояниях вещества. Во-вторых, энергию отрыва электронов от атома можно измерить, чтобы использовать это в практической деятельности. В-третьих, в кристаллах и растворах ионы ведут себя по-разному. И, в-четвертых, ионы позволяют проводить электрический ток, а физико-химические свойства растворов меняются в зависимости от концентраций ионов.
Ионные реакции в растворе
Сами растворы и кристаллы следует рассмотреть детальнее. В кристаллах солей существуют отдельно расположенные положительные ионы, к примеру, катионы натрия и отрицательные, анионы хлора. Структура кристалла удивительна: за счет сил электростатического притяжения и отталкивания ионы ориентируются особым образом. В случае с хлоридом натрия они образуют так называемую алмазную кристаллическую решетку. Здесь каждый натриевый катион окружен 6 хлоридными анионами. В свою очередь, каждый хлоридный анион окружает 6 анионов хлора. Из-за этого простая поваренная соль и в холодной и горячей воде растворяется почти с одинаковой скоростью.
В растворе тоже не существует цельной молекулы хлорида натрия. Каждый из ионов здесь окружается диполями воды и хаотично передвигается в ее толще. Наличие зарядов и электростатических взаимодействий приводит к тому, что солевые растворы воды замерзают при температуре чуть меньше нуля, а кипят при температуре выше 100 градусов. Более того, если в растворе присутствуют другие вещества, способные вступить в химическую связь, то реакция протекает не с участием молекул, а ионов. Это создало учение о стадийности химической реакции.
Те продукты, которые получаются в конце, не образуются сразу в ходе взаимодействия, а постепенно синтезируются из промежуточных продуктов. Изучение ионов позволило понять, что реакция протекает как раз по принципам электростатических взаимодействий. Их результатом является синтез ионов, которые электростатически взаимодействуют с другими ионами, создавая конечный равновесный продукт реакции.
Резюме
Такая частица, как ион, это электрически заряженный атом или группа атомов, которая получается в ходе потери или приобретения электронов. Самым простым ионом является водородный: если он теряет один электрон, то представляет собой лишь ядро с зарядом +1. Он обуславливает кислую среду растворов и сред, что важно для функционирования биологических систем и организмов.
Ионы могут иметь как положительные, так и отрицательные заряды. За счет этого в растворах каждая частица вступает в электростатическое взаимодействие с диполями воды, что также создает условия для жизни и передачи сигналов клетками. Более того, в ионные технологии развиваются дальше. К примеру, созданы ионные двигатели, которыми оснащалось уже 7 космических миссий NASA.
Ион - одноатомная или многоатомная электрически заряженная частица вещества, образующаяся в результате потери или присоединения атомом в составе молекулы одного или нескольких электронов.
Заряд иона кратен заряду электрона. Понятие и термин «ион» ввел в 1834 году Майкл Фарадей, который, изучая действие электрического тока на водные растворы кислот, щелочей и солей, предположил, что электропроводность таких растворов обусловлена движением ионов. Положительно заряженные ионы, движущиеся в растворе к отрицательному полюсу (катоду), Фарадей назвал катионами
, а отрицательно заряженные, движущиеся к положительному полюсу (аноду) - анионами
.
Свойства ионов определяются:
1) знаком и величиной их заряда;
2) строением ионов, т. е. расположением электронов и прочностью их связей, причем особенно важны внешние электроны;
3) их размерами, определяемыми радиусом орбиты внешнего электрона.
4) прочностью электронной оболочки (деформируемостью ионов).
В виде самостоятельных частиц ионы встречаются во всех агрегатных состояниях вещества: в газах (в частности, в атмосфере), в жидкостях (в расплавах и растворах), в кристаллах и в плазме (в частности, в межзвездном пространстве).
Являясь химически активными частицами, ионы вступают в реакции с атомами, молекулами и между собой. В растворах ионы образуются в результате электролитической диссоциации и обусловливают свойства электролитов.
Число элементарных электрических зарядов у ионов в растворах почти всегда совпадает с валентностью данного атома или группы; газовые ионы могут иметь и другое число элементарных зарядов. Под влиянием достаточно энергичных воздействий (высокая температура, излучение высокой частоты, электроны большой скорости) могут образоваться положительные ионы с различным числом электронов, вплоть до голых ядер. Положительные ионы обозначаются знаком + (плюс) или точкой (например, Mg***,Аl +++), отрицательные знаком — (минус) или знаком" (Сl - , Br").Число знаков обозначает число избыточных элементарных зарядов. Чаще всего образуются ионы с устойчивыми внешними электронными оболочками, соответствующими оболочке благородных газов. Ионы, из которых построены кристаллы, и ионы, встречающиеся в растворах и растворителях с высокими диэлектрическими постоянными, принадлежат большей частью к этому типу, например щелочные и щелочноземельные металлы, галоиды и т. д. Впрочем встречаются и т. н. переходные ионы, у которых внешние оболочки содержат от 9 до 17 электронов; эти ионы могут переходить сравнительно легко в ионы другого типа и значности (например Fe - - , Си" и т.д.).
Химические и физические свойства
Химические и физические свойства ионов резко отличаются от свойств нейтральных атомов, напоминая во многих отношениях свойства атомов других элементов, имеющих тоже число электронов и ту же внешнюю электронную оболочку (напр. К" напоминает Ar, F"—Ne). Простые ионы, как показывает волновая механика, имеют сферическую форму. Размеры ионы характеризуются величиной их радиусов, которые могут быть определены эмпирически по данным рентгеновского анализа кристаллов (Гольдшмидт) или вычислены теоретически методами волновой механики (Паулииг) или статистики (Ферми). Результаты, полученные обоими методами, дают вполне удовлетворительное совпадение. Целый ряд свойств кристаллов и растворов определяется радиусами ионов, из которых они состоят; у кристаллов этими свойствами являются энергия кристаллической решетки и в значительной степени ее тип; в растворах ионов поляризуют и притягивают молекулы растворителя, образуя оболочки переменного состава, эта поляризация и прочность связи между ионов и молекулами растворителя определяются почти исключительно радиусами и зарядами ионов. Насколько вообще сильно действие поля ионов на молекулы растворителя, показывают вычисления Цвикки, который нашел, что молекулы воды находятся вблизи ионов под давлением порядка 50.000 атм. Прочность(деформируемость) внешней электронной оболочки зависит от степени связанности внешних электронов и обусловливает главным образом оптические свойства ионов (цветность, рефракция). Впрочем цветность ионов связана также и с образованием ионов различных соединений с молекулами растворителя. Теоретические вычисления эффектов, связанных с деформацией электронных оболочек, более затруднительны и менее наделены, чем вычисления сил взаимодействия между ионами. Причины образования ионов в растворах точно неизвестны; наиболее правдоподобно мнение, что молекулы растворимых веществ разрываются на ионы молекулярным нолем растворителя; гетерополярные, т. е. построенные из ионов кристаллы дают повидимому при растворении сразу ионы. Значение молекулярного поля растворителя подтверждается как будто параллелизмом между величиной диэлектрической постоянной растворителя, являющейся приблизительным мерилом напряжения его молекулярного поля, и степенью диссоциации (правило Нернста-Томсона, экспериментально подтвержденное Вальденом). Однако ионизация происходит и в веществах с малыми диэлектрическими постоянными, но здесь растворяются преимущественно электролиты, дающие комплексные ионны. Комплексы образуются иногда из ионов растворяющегося вещества, иногда растворитель также принимает участие в их образовании. Для веществ с малыми диэлектрическими постоянными характерно также образование комплексных ионов при прибавлении не электролитов, например (С 2 Н 5)0Вг 3 дает при смешении с хлороформом проводящую
систему. Внешним признаком образования комплексных ионов служит т. н. аномальная электропроводность, при которой график, изображающий зависимость молярной электропроводности от разведения, дает максимум в области концентрированных растворов и минимум—при дальнейшем разведении.
Номенклатура Согласно химической номенклатуре, название катиона, состоящего из одного атома совпадает с названием элемента, например, Na + называется натрий-ионом, иногда добавляют в скобках заряд, например, название катиона Fe 2+ - железо(II)-ион. Название состоит из одного атома аниона образуется из корня латинского названия элемента и суффикса «-ид/-ид », например, F - называется фторид-ионом.
Практически все видели рекламу так называемой «люстры Чижевского», от которой отрицательные ионы в воздухе увеличиваются количественно. Однако после школы далеко не все точно помнят само Ионы - это заряженные частицы, утратившие свойственную нормальным атомам нейтральность. А теперь немного подробнее.
«Неправильные» атомы
Как вы знаете, номер в таблице великого Менделеева, связан с количеством протонов в ядре атома. Почему же не электронов? Потому что количество и комплектность электронов, хоть и влияет на свойства атома, но не определяет его фундаментальных свойств, связанных с ядром. Электронов может не хватать, а может быть слишком много. Ионы - это как раз атомы с «неправильным» количеством электронов. Причем парадоксальным образом положительными называются имеющие недостаток электронов, а отрицательными - избыток.
Немного о названиях
Как возникают ионы? Это простой вопрос - путей образования всего два. Либо химический путь, либо физический. В результате может получиться положительный ион, который нередко называют катионом, а отрицательный, соответственно, анионом. Дефицит или избыток заряда может иметь атом-одиночка или целая молекула, которая тоже считается ионом особого многоатомного типа.
Если происходит ионизация среды, к примеру, газа, то в ней существуют количественно пропорциональные соотношения электронов и положительных ионов. Но такое явление встречается редко (во время грозы, возле пламени), газ в таком измененном состоянии существует недолго. Поэтому в целом, близко к земле способные к реакции ионы воздуха - редкость. Газ - среда очень быстро меняющаяся. Как только действие ионизующих факторов прекращается, ионы встречаются друг с другом и вновь становятся нейтральными атомами. Это их нормальное состояние.
Агрессивная жидкость
Ионы в больших количествах могут содержаться в воде. Дело в том, что молекулы воды - частицы, в которых распространен по молекуле неравномерно, они представляют собой диполи, имеющие с одной стороны положительный заряд, с другой - отрицательный.
И когда в воде появляется растворимое вещество, молекулы воды своими полюсами электрически воздействуют на добавленное вещество, ионизируя его. Хорошим примером является морская вода, в которой множество веществ существует в такой форме, как ионы. Это известно людям достаточно давно. В атмосфере выше определенной точки ионов очень много, эта оболочка называется ионосферой. разрушает стабильные атомы и молекулы. Частицы в ионизированном состоянии могут придавать всему веществу. Пример - яркие необычные цвета драгоценных камней.
Ионы - это основа жизни, потому что базовый процесс получения энергии из АТФ невозможен без создания электрически нестабильных частиц, само основано на взаимодействиях ионов и множества химических процессов, катализируемых ферментами, происходит только благодаря ионизации. Неудивительно, что некоторые вещества в этом состоянии человек принимает внутрь. Классический пример - полезные ионы серебра.