Ионы

ИОНЫ (от греческого ιών - идущий), одноатомные или многоатомные частицы, несущие электрический заряд. Заряд иона кратен элементарному электрическому заряду и всегда целочисленный. Заряд одноатомного иона химического элемента по числу и знаку совпадает со степенью окисления этого элемента; заряд многоатомного иона равен алгебраической сумме степеней окисления элементов с учётом числа их атомов. Положительно заряженные ионы (например, К⁺, Са²⁺, ΝΗ⁺₄) называют катионами (от греческого κατιών - идущий вниз), отрицательно заряженные ионы (например, Сl^-, SO₄^2-, СН₃СОО^-) - анионами (от греческого ανιών - идущий вверх). Процесс образования ионов называется ионизацией. Термины «ион», «катион» и «анион» ввёл в 1834 году М. Фарадей, изучавший действие электрического поля на водные растворы различных химических соединений. В постоянном электрическом поле катионы перемещаются к отрицательно заряженному электроду (катоду), анионы - к положительно заряженному электроду (аноду).

В виде самостоятельных частиц ионы могут существовать во всех агрегатных состояниях вещества: в газах (смотри Ионы в газах, Ионы в атмосфере), в кристаллах (смотри Ионные кристаллы), в плазме, в жидкостях - в расплавах (смотри Ионные жидкости) и в растворах (смотри Электролитическая диссоциация). Ионы  являются структурными единицами химических соединений с ионной химической связью. Такие соединения в твёрдом состоянии, расплавах и растворах состоят из катионов и анионов; например, хлорид натрия NaCl - из катионов Na⁺ и анионов Cl^-, ацетат калия СН₃СООК - из катионов К⁺ и анионов СН3СОО^-. Некоторые соединения с полярной ковалентной связью (например, хлороводород НСl) при растворении в воде и других полярных растворителях диссоциируют на ионы. В зависимости от природы растворителя и растворённого вещества, содержащиеся в растворах ионы, могут либо взаимодействовать с молекулами растворителя, в результате чего вокруг ионов формируются сольватные оболочки, либо находиться достаточно близко, образуя ионные пары.

Ионы  образуются при отрыве электронов от атомов и молекул, находящихся в газовой фазе (при этом расходуется энергия ионизации), или в результате присоединения электронов к таким атомам и молекулам (энергия, затрачиваемая или высвобождающаяся при этом, - сродство атома или молекулы к электрону). К образованию ионов приводит также присоединение иона простого состава к нейтральной молекуле или другому иону. Например, при присоединении иона Н⁺ к молекуле воды Н₂О получается ион гидроксония Н₃О⁺. Возможно образование ионов при разрушении молекул в результате термического или радиационного воздействия. При образовании иона всегда сохраняется суммарный первоначальный заряд участвующих в этом процессе частиц (если ионы образовались из нейтральных атомов или молекул, то суммарный заряд всех ионов равен нулю). Некоторые молекулы, находящиеся в растворах или кристаллах, оставаясь в целом электронейтральными, содержат в различных участках противоположно заряженные группы (смотри Цвиттер-ионы). Комплекс, состоящий из нескольких нейтральных атомов или молекул и ионов, - кластерный ион.

Химические реакции в растворе (или расплаве) с участием ионных соединений обусловлены перемещением ионов в этой среде и образованием ими новых нейтральных частиц или более сложных ионов. В живых организмах ионы участвуют в различных обменных процессах, регуляции мышечных сокращений, передаче нервных импульсов и т.д. (смотри, например, в статье Ионные насосы).

Лит.: Крестов Г. А. Термодинамика ионных процессов в растворах. Л., 1984.