Jons — kas tas ir? Definīcija, veidošanās, īpašības un piemēri

Uzzini, kas ir jons — definīcija, veidošanās (jonizācija), īpašības un praktiski piemēri. Skaidri piemēri un pielietojums ķīmijā un fizikā.

Jons ir elektriski lādēts atoms vai atomu grupa. Tas ir atoma vai atomu grupas (molekulas) daļa. Tas ir "uzlādēts", tāpēc tas pārvietojas elektrības tuvumā. Tas ir tāpēc, ka atomi sastāv no trim mazākām daļām:

1. neitroni (bez lādiņa),
2. vienādu skaitu uzlādētu protonu un
3. pretēji lādētiem elektroniem.

Jonam ir nevienāds skaits protonu un elektronu. Jonu veidošanu no atoma vai molekulas sauc par jonizāciju.

Protonu lādiņu mēra kā +1 (pozitīvi lādēts). Elektrona lādiņu mēra kā -1 (negatīvi lādēts). Jonizēts atoms veido divus jonus - vienu ar pozitīvu un otru ar negatīvu lādiņu. Piemēram, neitrālam ūdeņraža atomam ir viens protons un viens elektrons. Uzkarsējot atomu, tas sadalās divās daļās: (1) pozitīvi lādētu ūdeņraža jonu, H+ (2) negatīvi lādētu elektronu.

Šķidrumu ar joniem sauc par elektrolītu. Gāzi, kurā ir daudz jonu, sauc par plazmu. Jonu kustību sauc par elektrību. Piemēram, vadā metāla joni nekustas, bet elektroni pārvietojas kā elektrība. Pozitīvs jons un negatīvs jons kustas kopā. Divi joni ar vienādu lādiņu virzīsies viens no otra. Kad joni pārvietojas, tie rada arī magnētisko lauku.

Daudzi joni ir bezkrāsaini. Periodiskās tabulas galveno grupu elementi veido bezkrāsainus jonus. Daži joni ir krāsaini. Pārejas metāli parasti veido krāsainus jonus.

Kas ir jona būtība un kā to apzīmē

Jons ir atoma vai atomu grupas daļa, kurai ir elektriska lādiņa pārsvars — vairāk protonu nekā elektronu (pozitīvs jons jeb kations) vai vairāk elektronu nekā protonu (negatīvs jons jeb anjons). Lādiņus parasti apzīmē ar augšrakstiem: piemēram, Na+ (nātrija jons), Cl− (hlorīda jons), Ca2+ (kalcija jons), SO4²⁻ (sulfāta anjons). Elementārā lādiņa vienība ir e (elektrona lādiņš), tāpēc parasti norāda tikai skaitli lādiņa lielumam (+1, −1, +2 utt.).

Jonu veidošanās (jonizācija) un tās veidi

• Elektronu atņemšana vai pievienošana: atoms var zaudēt elektronu un kļūt par kationu (piem., Na → Na+ + e−), vai pieņemt papildus elektronu un kļūt par anjonu (piem., Cl + e− → Cl−).
• Ķīmiskas reakcijas un redoksprocesi: daudz jonveidīgu savienojumu veidojas, pārnesot elektronus starp atomiem vai molekulām.
• Skābju un bāzu reakcijas: protona (H+) pārvietošana starp molekulām rada jonu pārus (piem., skābes atbrīvo H+, bāzes to pievieno).
• Šķīšana: joniskas vielas (piem., NaCl) ūdenī disociē par atsevišķiem joniem: NaCl(s) → Na+(aq) + Cl−(aq).
• Augsta enerģija vai starojums: spēcīga jonizācija (piem., gaisā) var radīt plazmu ar brīviem jonizētiem atomiem un elektroniem.

Jonu īpašības un uzvedība

• Elektrostatiskās mijiedarbības: pretēji lādēti joni piesaista viens otru un veido joniskas saites; vienādi lādēti joni savstarpēji atgrūžas.
• Elektriskā vadītspēja: jonu klātbūtne šķīdumā nodrošina vadītspēju — tāpēc elektrolīti vada elektrību. Cietos metālos vadītspēju nodrošina brīvie elektroni, nevis metāla joni.
• Mobilitāte: dažādi joni pārvietojas ar atšķirīgu ātrumu elektrolītiskās vidē; vieglie un mazāk polārie joni parasti ir mobilāki.
• Ietekme uz pH: H+ jonu koncentrācija nosaka šķīduma pH; H+ un OH− joni ir kritiski skābju–bāzu reakcijās.
• Krāsa: daudzi pārejas metālu joni ir krāsaini, jo to d-elektronu pārejas absorbē redzamo gaismu; piemēram, Cu2+ šķīdumi ir zilgani, Fe3+ var būt dzeltenīgi vai brūni.
• Jonu izmēri un polarizācija: jonu rādiuss atšķiras no atoma rādiusa; anjoni parasti ir lielāki par atbilstošajiem atomiem, bet kationi — mazāki.
• Magnētiskā ietekme: plūsmas no pārvietojošiem lādiņiem (jonu vai elektronu kustība) rada magnētiskos laukus.

Jonu loma ķīmijā, bioloģijā un tehnoloģijās

Joni ir centrāli svarīgi daudzos procesos:

• Cietas vielas un šķīdumu ķīmiskais sastāvs: joniskas saites veido sāļus, daudz minerālu un materiālu ar noteiktām fizikālām īpašībām.
• Bioloģiskie procesi: Na+ un K+ jonu gradients šūnu membrānās ļauj veidot nervu impulsus; Ca2+ darbojas kā šūnu signālu pārnese un muskuļu kontrakcijas regulators.
• Industrija un tehnoloģijas: elektrolītiskā apstrāde, baterijas (jonu pārnese starp elektrodām), ūdens attīrīšana, galvanizācija u.c.
• Analītiskā ķīmija: jonu koncentrācijas mērīšana (ionselektīvas elektrodu metodes, plūsmas-injekcijas analīze) svarīga kvalitātes kontrolei un vides monitorings.

Piemēri

• Vienatomu joni: Na+, K+, Ca2+, Cl−
• Daudzatoma (poliatomiski) joni: NH4+ (amonija jons), SO4²⁻ (sulfāts), NO3− (nitrāts), CO3²⁻ (karbonāts)
• Pārejas metālu joni: Fe2+, Fe3+, Cu2+, Mn2+ — bieži krāsaini un reaģē ar ligandēm, veidojot kompleksus
• Īpašs gadījums: H+ (protons) ūdens vidē parasti ir saistīts ar molekulām (piem., H3O+), tomēr to īsi sauc par protonu un tas ir galvenais pH nosakāšanas faktors.

Praktiski padomi un apzīmējumi

Jona lādiņu apzīmē ar augšrakstu (+, − vai skaitlis +/−). Jonu koncentrāciju parasti izsaka molos litrā (mol·L−1). Emocijas un krāsas var palīdzēt atcerēties pārejas metālu jonus (piem., Cu2+ — zils, MnO4− — violets), bet praktiskos aprēķinos lieto koncentrācijas, valences un stehiometriju.

Šie papildinājumi paskaidro, kā joni veidojas, kādas ir to galvenās īpašības un kāpēc tie ir svarīgi gan dabā, gan rūpniecībā un medicīnā.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir jons?

J: Kā rodas joni?

J: Kāds ir protonu lādiņš?

J: Kāds ir elektronu lādiņš?

J: Kas notiek, joniem pārvietojoties?

Vai visi joni ir bezkrāsaini?

Meklēt pēc burta