Зміст:
Катіони і аніони – що це таке в хімії і які їхні назви в таблиці розчинності
Напевно, кожному з читачів доводилося чути такі слова, як «плазма», а також «катіони і аніони», це досить цікава тема для вивчення, яка останнім часом досить міцно увійшла в повсякденне життя. Так, у побуті широкого поширення набули так звані плазмові дисплеї, які міцно зайняли свою нішу у різних цифрових пристроях – починаючи від телефонів і закінчуючи телевізорами. Але що таке плазма, і яке застосування вона знаходить в сучасному світі? Давайте спробуємо відповісти на це питання.
Агрегатні стани речовини
Ще з малих років, у початковій школі розповідали про те, що існує три стани речовини: твердий, рідкий, а також газоподібне. Повсякденний досвід показує, що це дійсно так. Ми можемо взяти трохи льоду, розтопити його, а потім випарувати – все досить логічно.
Важливо! Існує четверте базове стан речовини, називається плазмою.
Однак, перш ніж відповісти на питання: що ж це таке, давайте згадаємо шкільний курс фізики і розглянемо будову атома.
У 1911 році фізиком Ернстом Резерфордом, після довгих досліджень була запропонована так звана планетарна модель атома. Що ж вона собою являє?
За результатами дослідів з альфа-частинками, стало відомо, що атом є певним аналогом сонячної системи, де вже раніше відомі електрони грали роль «планет», обертаючись навколо атомного ядра.
Дана теорія стала одним з найбільш значущих відкриттів у фізиці елементарних частинок. Але на сьогоднішній день вона визнана застарілою, а їй на заміну прийнята інша, більш досконала, запропонована Нільсом Бором. Ще пізніше, з появою нового відгалуження науки, так званої квантової фізики, була прийнята теорія корпускулярно-хвильового дуалізму.
У відповідність з нею, більшість частинок одночасно є не лише частками, але і електромагнітною хвилею. Таким чином, неможливо на 100% точно вказати, в якому місці знаходиться електрон у певний момент. Є можливість лише припустити, де він може бути. Подібні «допустимі» межі згодом отримали назву орбіталей.
Дивіться також: Електронна конфігурація атомів і іонів, будова електронних оболонок атомів, розподіл електронів по енергетичним рівням, електронні формули алюмінію, хлору, сірки, кальцію
Як відомо, електрон володіє негативним зарядом, в той час як протони, що знаходяться в ядрі, – позитивним. Так як число електронів і протонів одно, то атом володіє нульовим зарядом, або ж, – електрично нейтральний.
При різних зовнішніх впливах атом одержує можливість, як втрачати електрони, так і купувати їх, при цьому змінюючи свій заряд на позитивний або негативний, стаючи при цьому іоном. Таким чином, іони являють собою частинки з ненульовим зарядом – будь то ядра атомів, або відірвані електрони. В залежності від заряду, позитивного чи негативного, іони називаються катіонами і аніонами відповідно.
Які дії можуть призвести до іонізації речовини? Приміром, цього можна добитися за допомогою нагрівання. Проте в лабораторних умовах зробити це практично неможливо – обладнання не витримає таких високих температур.
Інший не менш цікавий ефект можна спостерігати в космічних туманностях. Подібні об’єкти найчастіше складаються з газу. Якщо поблизу є зірка, то її випромінювання може іонізувати речовину туманності, в результаті чого воно вже самостійно починає випромінювати світло.
Дивлячись на ці приклади, можна відповісти на питання про те, чим є плазма. Отже, іонізуючи певний об’єм речовини, ми змушуємо атоми віддати свої електрони і придбати позитивний заряд. Вільні електрони, володіючи негативним зарядом, можуть або залишитися вільними, або ж приєднатися до іншого атома, тим самим змінивши його заряд на позитивний. Так речовина нікуди не йде, а число протонів і електронів так і залишається рівним, залишаючи плазму електрично нейтральною.
✅Катіони і аніони в хімії
У чарівному світі хімії можливі будь-які перетворення. Наприклад, можна отримати безпечну речовину, якою часто користуються в побуті, з кількох небезпечних.
Подібна взаємодія елементів, в результаті якої виходить однорідна система, в якій всі речовини, які вступають в реакцію, розпадаються на молекули, атоми і іони, називається розчинність.
Для того, щоб розібратися з механізмом взаємодії речовин, варто звернути увагу на таблицю розчинності.
Показники розчинності у воді
Таблиця, в якій показаний ступінь розчинності, є одним з посібників для вивчення хімії. Ті, хто осягають цю науку, не завжди можуть запам’ятати, як певні речовини розчиняються, тому під рукою завжди слід мати таблицю.
Вона допомагає при вирішенні хімічних рівнянь, де беруть участь іонні реакції. Якщо результатом буде отримання нерозчинної речовини, то реакція можлива. Існує кілька варіантів:
- речовина добре розчинятися;
- малрозчинна;
- практично не розчинятися;
- не розчиняється;
- гідралізується і не існує в контакті з водою;
- не існує.
Електроліти
Електроліти – це розчини або сплави, які проводять електричний струм.
Електропровідність їх пояснюється мобільністю іонів. Електроліти можна поділити на 2 групи:
- Сильні. Розчиняються повністю, незалежно від ступеня концентрації розчину.
- Слабкі. Дисоціація проходить частково, залежить від концентрації. Зменшується при великій концентрації.
Теорія електролітичної розчинності
Під час розчинення електроліти дисоціюють на іони, які мають різні заряди: позитивні і негативні. При впливі струму позитивні іони направляються в сторону катода, тоді як негативні в сторону анода.
В результаті відбувається рух іонів.
Одночасно з дисоціацією проходить протилежний процес – з’єднання іонів в молекули.
- Кислоти – це такі електроліти, при розпаді яких утворюється катіон – іон водню.
- Основи – аніони – це гідроксид іону.
- Луги – це основи, які розчиняються у воді.
- Електроліти, які здатні утворювати і катіони і аніони, називаються амфотерними .
Іони
Це така частка, в якій більше протонів або електронів. Ця частка буде називатися аніон або катіон, в залежності від того, чого більше: протонів або електронів.
В якості самостійних часток вони зустрічаються в багатьох агрегатних станах, в:
Поняття і назву ввів в ужиток Майкл Фарадей в 1834 році. Він вивчав вплив електрики на розчини:
Прості іони несуть на собі ядро і електрони.
Ядро складає майже всю атомну масу і складається з протонів і нейтронів. Кількість протонів збігається з порядковим номером атома в періодичній системі і зарядом ядра. Іон не має певних меж через хвильовий рух електронів, тому неможливо виміряти їх розміри.
Відрив електрона від атома вимагає, своєю чергою, витрат енергії. Ця енергія називається енергією іонізації. Коли приєднується електрон, відбувається виділення енергії.
Катіони
Катіони – це частинки, які носять позитивний заряд. Можуть мати різну величину заряду, наприклад:
Мігрують до від’ємного катода в електричному полі.
Аніони
Це елементи, які мають негативний заряд. Також вони володіють різною кількістю величини зарядів, наприклад,
Такі елементи входять до складу речовин, які володіють іонною кристалічною решіткою, в кухонної солі і багатьох органічних сполуках.
- Натрій . Лужний метал. Віддавши один електрон, який знаходиться на зовнішньому енергетичному рівні, атом перетвориться в позитивний катіон.
- Хлор . Атом цього елемента приймає на останній енергетичний рівень один електрон, він перетвориться в негативний хлорид аніону.
- Кухонна сіль . Атом натрію віддає електрон хлору, внаслідок цього в кристалічній решітці катіон натрію оточений шістьма аніонами хлору і навпаки. В результаті такої реакції утворюється катіон натрію і аніон хлору. Завдяки взаємному тяжінню формується хлорид натрію. Між ними утворюється міцний іонний зв’язок.
Солі – це кристалічні сполуки з іонним зв’язком.
- Кислотний залишок . Це негативно заряджений іон, який знаходиться в складному неорганічному з’єднанні. Він зустрічається в формулах кислот і солей, знаходиться, зазвичай, після катіона. Практично для всіх таких залишків є своя кислота, наприклад, SO4 – сірчана кислота. Кислот деяких залишків не існує, і їх записують формально, але вони утворюють солі.
Таблиця з поясненнями на тему “Катіони і аніони в хімії”
| Термін | Пояснення |
|---|---|
| Катіони | Катіони – це позитивно заряджені іони, які утворюються внаслідок втрати одного або декількох електронів атомом або молекулою. Це може відбуватися в результаті окиснення або хімічних реакцій. Катіони мають менший кількісний електронний заряд порівняно з нейтральним атомом чи молекулою. |
| Аніони | Аніони – це негативно заряджені іони, які утворюються внаслідок прийняття одного або декількох електронів атомом або молекулою. Це може статися внаслідок редукції чи інших хімічних процесів. Аніони мають більший кількісний електронний заряд порівняно з нейтральним атомом чи молекулою. |
| Заряд та зміна заряду | Катіони мають додатні заряди, тоді як аніони мають від’ємні заряди. Зміна заряду відбувається внаслідок втрати або прийняття електронів. Наприклад, атом натрію (Na) може утворити катіон, втративши один електрон: Na → Na⁺ + е⁻. Атом хлору (Cl) може утворити аніон, приймаючи один електрон: Cl + е⁻ → Cl⁻. |
| Сполучення з іншими іонами та молекулами | Катіони і аніони можуть утворювати сполуки шляхом притягання одне до одного через електростатичні сили. Наприклад, Na⁺ може утворювати іонні сполуки з Cl⁻, утворюючи кухонну сіль (NaCl). |
| Приклади | Приклади катіонів включають Na⁺ (натрій), Ca²⁺ (кальцій) та Fe³⁺ (залізо III). Приклади аніонів включають Cl⁻ (хлор), O²⁻ (оксид) та SO₄²⁻ (сульфат). |
| Участь у хімічних реакціях | Катіони та аніони взаємодіють у хімічних реакціях, утворюючи різноманітні іонні сполуки. Ці реакції є важливими для утворення різноманітних речовин та матеріалів. |
Ця таблиця допомагає розібратися в основних поняттях катіонів та аніонів у хімії, їх властивостях та участі у хімічних процесах.