Ió (física)
 | |
| Classificació | partícula carregada i entitat molecular  |
|---|---|
Un ió (del grec ἰών, 'ió') és un àtom o grup d'àtoms amb càrrega elèctrica neta. La càrrega d'un electró és negativa i la d'un protó és positiva. Aquestes càrregues són del mateix valor absolut, per tant la càrrega d'un electró i la d'un protó es neutralitzen, donant una càrrega total de zero. Un àtom o una molècula no tenen càrrega elèctrica neta perquè tenen el mateix nombre d'electrons que de protons. En un ió, el nombre d'electrons i el de protons són diferents.[1]
Un catió és un ió carregat positivament amb menys electrons que protons[2] (per exemple, K+ (ió potassi)), mentre que un anió és un ió carregat negativament amb més electrons que protons[3] (per exemple, Cl− (ió clorur) i OH− (ió d'hidròxid)). Les càrregues elèctriques oposades són atretes l'una cap a l'altra per força electrostàtica, de manera que els cations i els anions s'atreuen mútuament i formen fàcilment compostos iònics. Els ions que consten d'un sol àtom s'anomenen ions monoatòmics, mentre que els ions que consten de dos o més àtoms s'anomenen ions poliatòmics.
La càrrega neta d'un ió s'indica com un superíndex a la dreta. Per indicar una càrrega +1 o −1, només s'escriu un + o − respectivament, com es veu a Na+ (ió sodi) i F− (ió fluorur). Per indicar una càrrega més gran, es proporciona el nombre d'electrons addicionals o que falten, com es veu a O22− (ió peròxid, carregat negativament, poliatòmic) i He2+ (Partícula α, carregada positivament, monoatòmica).[4]
En el cas de la ionització física en un fluid (gas o líquid), els "parells d'ions" es creen mitjançant col·lisions espontànies d'àtoms o molècules, on cada parell generat consisteix en un electró lliure i un ió positiu.[5] Els ions també es generen per altres mitjans, com ara fent passar un corrent continu a través d'una solució conductora, dissolent un ànode mitjançant ionització. Els ions d'una xarxa iònica sòlida es poden alliberar a la solució mitjançant el procés de dissolució d'una sal en un dissolvent líquid adequat, sovint aigua.
Energia d'ionització
[modifica]L'energia d'ionització, també anomenada potencial d'ionització, és l'energia que cal subministrar a un àtom neutre, gasós i en estat fonamental, per a arrencar-li l'electró més feble retingut.[6]
X + 1a energia de ionització → X+ + e-
L'energia necessària per arrencar un segon electró es diu segona energia d'ionització. Així es pot deduir el significat de la tercera energia d'ionització i de les posteriors.
XX+ + 2a energia de ionització → X2+ + e-[7]
L'energia d'ionització s'expressa en electró-volt, joules o en quilojoules per mol (kJ / mol).
1 eV = 1,6.10−19 coulombs × 1 volt = 1,6.10−19 joules[8]
| Element | Primer | Segon | Tercer | Quart | Cinquè | Sisè | Setè |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Na | 496 | 4560 | |||||
| Mg | 738 | 1450 | 7730 | ||||
| Al | 577 | 1816 | 2744 | 11600 | |||
| Si | 786 | 1577 | 3228 | 4354 | 16100 | ||
| P | 1060 | 1890 | 2905 | 4950 | 6270 | 21200 | |
| S | 999 | 2260 | 3375 | 4565 | 6950 | 8490 | 11000 |
| Cl | 1256 | 2295 | 3850 | 5160 | 6560 | 9360 | 11000 |
| Ar | 1520 | 2665 | 3945 | 5770 | 7230 | 8780 | 12,000 |
| Energies de ionització successives en kJ/mol | |||||||
En els elements d'una mateixa família o grup l'energia d'ionització disminueix a mesura que augmenta el nombre atòmic, és a dir, de dalt a baix.
En els alcalins, per exemple, l'element de major potencial de ionització és el liti i el de menor el franci.[9] Això és fàcil d'explicar, ja que en descendir en el grup l'últim electró se situa en orbitals cada vegada més allunyats del nucli i, a més, els electrons de les capes interiors exerceixen un efecte d'apantallament enfront de l'atracció nuclear sobre els electrons perifèrics pel que resulta més fàcil extreure'ls.
En els elements d'un mateix període, l'energia d'ionització creix a mesura que augmenta el nombre atòmic, és a dir, d'esquerra a dreta.
Això es deu al fet que l'electró diferenciador està situat al mateix nivell energètic, mentre que la càrrega del nucli augmenta, de manera que serà més gran la força d'atracció i, d'altra banda, el nombre de capes interiors no varia i l'efecte d'apantallament no augmenta.
No obstant això, l'augment no és continu, ja que en el cas del beril·li i el nitrogen s'obtenen valors més alts que el que podia esperar-se per comparació amb els altres elements del mateix període. Aquest augment es deu a l'estabilitat que presenten les configuracions s2 i s2p3, respectivament.
L'energia d'ionització més elevada correspon als gasos nobles, ja que la seva configuració electrònica és la més estable i, per tant, caldrà proporcionar més energia per arrencar un electró.[10]
Classes d'ions
[modifica]Anions
[modifica]En els ions negatius, anions, cada electró, de l'àtom originalment carregat, està fortament retingut per la càrrega positiva del nucli. Al contrari que els altres electrons de l'àtom, en els ions negatius, l'electró addicional no està vinculat al nucli per forces de Coulomb, ho està per la polarització de l'àtom neutre. A causa del curt rang d'aquesta interacció, els ions negatius no presenten sèries de Rydberg. Un àtom de Rydberg és un àtom amb un o més electrons que té un nombre quàntic principal molt elevat.[11][12]
Cations
[modifica]Article principal: Catió
Els cations són ions positius. Són especialment freqüents i importants els que formen la major part dels metalls. Són àtoms que han perdut electrons.[11][13]
Altres ions
[modifica]- Un dianió és una espècie que té dues càrregues negatives sobre ella.[14] Per exemple: el Dianió de pentalè és aromàtic.
- Un zwitterió és un ió amb una càrrega neta igual a zero, però que presenta dues càrregues aïllades sobre la mateixa espècie, una positiva i una altra negativa i, per tant, és neutre.[15]
- Els radicals iònics són ions que contenen un nombre irregular d'electrons[16] i presenten una forta inestabilitat i reactivitat.
Plasma
[modifica]Article principal: Plasma
S'anomena plasma a un fluid gasós d'ions. Fins i tot, es pot parlar de plasma en mostres de gas corrent que continguin una proporció apreciable de partícules carregades. Es pot considerar a un plasma com un nou estat de la matèria (a part dels estats sòlid, líquid i gasós), concretament el quart estat de la matèria, ja que les seves propietats són molt diferents dels estats usuals. Els plasmes dels cossos estel·lars contenen, de manera predominant, una barreja d'electrons i protons, i s'estima que la seva proporció és del 99,9 % de l'Univers visible.[17]
Algunes aplicacions dels ions
[modifica]Els ions són essencials per a la vida. Els ions sodi, potassi, calci i altres tenen un paper important en la biologia cel·lular dels organismes vius, en particular en les membranes cel·lulars. Hi ha multitud d'aplicacions basades en l'ús de ions i cada dia es descobreixen més, dels detectors de fum fins a motors iònics.
Els ions inorgànics dissolts són un component dels sòlids (sòlids totals dissolts) presents en l'aigua i indiquen la qualitat d'aquesta.
Ions freqüents
[modifica]
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Referències
[modifica]- ↑ «Ió (física)». Gran Enciclopèdia Catalana. Barcelona: Grup Enciclopèdia. [Consulta: 27 agost 2026].
- ↑ «Ió (física)». Gran Enciclopèdia Catalana. Barcelona: Grup Enciclopèdia. [Consulta: 20 setembre 2026].
- ↑ «Ió (física)». Gran Enciclopèdia Catalana. Barcelona: Grup Enciclopèdia. [Consulta: 20 setembre 2026].
- ↑ «Ion Definition in Chemistry» (en anglès), 04-09-2019. [Consulta: 20 setembre 2026].
- ↑ Knoll, Glenn. Radiation Detection and Measurement (en anglès). 3a Ed.. Nova York: Wiley, 1999. ISBN 978-0-471-07338-3.
- ↑ Casabó Gispert, Jaime. Estructura atómica y enlace químico (en castellà). Reverte, 1996. ISBN 978-84-291-7189-1.
- ↑ Bautista Arnedo, Mara Mercedes. Nociones Esenciales de QuÍmica Para Ciencias de la Vida (en castellà). Lulu.com, 2007-09-12. ISBN 978-1-84753-749-2.
- ↑ Picado i Álvarez, 2008, p. 208.
- ↑ Picado i Álvarez, 2008, p. 209.
- ↑ Domínguez Reboiras, Miguel Ángel. Química: La ciencia básica (en castellà). Ediciones Paraninfo, S.A., 2006. ISBN 978-84-9732-347-5.
- 1 2 «¿ Qué son los Aniones y Cationes ?» (en castellà). Carbotecnia. Arxivat de l'original el 2019-03-22.
- ↑ «anió». Gran Enciclopèdia Catalana. [Consulta: 22 juliol 2026].
- ↑ «catió». Gran Enciclopèdia Catalana. [Consulta: 22 juliol 2026].
- ↑ Llamas, Edmundo. 300 Preguntas Intensivas 2017. Lulu Press, Inc., 2017.
- ↑ Devlin, Thomas M. Bioquímica. Con aplicaciones clínicas (libro de texto) (en castellà). Reverte, 2015. ISBN 978-84-291-7208-9.
- ↑ Allinger, Norman L. Quimica organica (en castellà). Reverte, 1974.
- ↑ «Plasma, Plasma, Everywhere: A new model of the plasmasphere surrounding our world» (en anglès). Space Science. NASA, núm. 158, 07-09-1999. Arxivat de l'original el 2010-03-06 [Consulta: 22 juliol 2026].
Bibliografia
[modifica]- Picado, Ana Beatriz; Álvarez, Milton. Química I: Introducción al estudio de la materia (en castellà). San José, Costa Rica: Editorial Universidad Estatal a Distancia (EUNED), 2008. ISBN 978-9968-31-626-2.
Bibliografia complementària
[modifica]- Atkins, Peter W.; Paula, Julio De. Atkins' Physical Chemistry (en anglès). 8a edició. Oxford: Oxford University Press, 2006. ISBN 978-0-19-870072-2.
- Atkins, Peter W.; Paula, Julio De. Elements of physical chemistry (en anglès). 5a edició. Oxford, Nova York: Oxford University Press, 2009. ISBN 978-1-4292-1813-9.
- Atkins, Peter W.; Paula, Julio De. The Elements of Physical Chemistry (en anglès). Oxford University Press, 2009. ISBN 978-0-19-922672-6.
Vegeu també
[modifica]
