Jon

S Vikipedije, slobodne enciklopedije
Za druge upotrebe pogledajte stranicu Jon (višeznačna odrednica).
Nitratni jon

Jon je naelektrisani atom ili grupa atoma. Proces stvaranja jona iz neutralnih čestica naziva se jonizacija. Jonsko naelektrisanje potiče od gubitka ili dobitka elektrona. Pošto je naboj elektrona (koji se po konvenciji smatra „negativnim”) jednak i suprotan protonskom (koji se smatra „pozitivnim” po konvenciji), neto naboj jona se razlikuje od nule, jer je njegov ukupni broj elektrona nejednak ukupnom broju protona. Negativno naelektrisani jon se zove anjon, jer ga privlači pozitivno naelektrisana anoda, a pozitivno naelektrisan jon je katjon, jer ga privlači negativno naelektrisana katoda. Zbog njihovih suprotnih električnih naboja, katjoni i anjoni se međusobno privlače i lako formiraju jonska jedinjenja.

Joni koji se sastoje samo od jednog atoma se nazivaju atomskim ili monoatomskim jonima, dok dva ili više atoma formiraju molekularne jone ili poliatomske jone. U slučaju fizičke jonizacije u medijumu, kao što us gasovi, „jonski parovi” se kreiraju putem jonskih kolizija, gde se svaki generisani par sastoji od slobodnog elektrona i pozitivnog jona.[1] Joni se isto tako kreiraju putem hemijskih interakcija, kao što je rastvaranje soli u likvidima, ili na neki drugi način, kao što je propuštanje jednosmerne struje kroz provodni rastvor, pri čemu se rastvara anoda jonizacijom.

Istorija[uredi | uredi izvor]

Reč jon potiče od grček reči ἰόν, jon, „ide”, prezent particip od ἰέναι, ienai, „ići”. Jone je prvi pominjao (nakon sugestije Vilijama Vevela[2]) Majkl Faradej oko 1830. kako bi opisao čestice koje se kreću prema katodi ili anodi u vodenom rastvoru.[3][4] Faradej nije poznavao prirodu ovih vrsta, ali je znao da se metali rastvaraju i ulaze u rastvor na jednoj elektrodi i novi metal izlazi iz rastvora na drugoj elektrodi; da se neka vrsta supstance kretala kroz rastvor u struji. Time se prenosi materija sa jednog mesta na drugo. U skladu sa Faradejem, Vevel je takođe skovao reči anoda i katoda, kao i anjon i katjon za jone koje privlače odgovarajuće elektrode.[2]

Mehanizam po kome se jonizacija dešava nije opisan sve do 1884. kada ju je Svante Arenijus opisao u doktorskoj disertaciji na Univerzitetu u Upsali. Njegova teorija prvobitno nije bila prihvaćena (ocenjen je najmanjem prolaznom ocenom), ali je kasnije dobio Nobelovu nagradu za hemiju 1903. za istu disertaciju.[5] Arenijusovo objašnjenje je bilo da se pri formiranju rastvora, soli disociraju u Faradejove jone. Arenijus je predložio da se joni formiraju i u odsustvu električne struje.[6][7][8]

Karakteristike[uredi | uredi izvor]

Joni u stanju sličnom gasu su visoko reaktivni i brzo reaguju sa jonima suprotnog naboja dajući neutralne molekule ili jonske soli. Joni se takođe formiraju u tečnom ili čvrstom stanju kada soli interaguju sa rastvaračima (na primer, vodom) čime se formiraju „solvatirani joni”, koji su stabilniji, iz razloga koji obuhvataju kombinaciju promena energije i entropije dok se joni međusobno udaljavaju da bi reagovali sa tečnošću. Ove stabilizovane vrste se češće javljaju u sredini pri niskim temperaturama. Uobičajeni primer su joni prisutni u morskoj vodi, koji su izvedeni iz rastvorenih soli.

Kao naelektrisani objekti, joni bivaju privučeni suprotnim električnim nabojem (pozitivan negativnim i obrnuto) a odbijaju se istoimeni naboji. Kada se kreću, njihove putanje se mogu skrenuti magnetnim poljem.

Elektroni, usled njihove male mase i stoga svojstva popunjavanja većeg prostora u vidu materijalnih talasa, određuju veličinu atoma i molekula koji poseduju elektrone. Stoga, anjoni (negativno naelektrisani joni) veći su od roditeljskog molekula ili atoma, pošto se dodatni elektroni međusobno odbijaju i uvećavaju fizičku veličinu jona, čija je veličina određena njegovim oblakom elektrona. Katjoni su manji od odgovarajućeg roditeljskog atoma ili molekula zbog manje veličine elektronskog oblaka. Jedan specifični katjon (vodonikov) ne sadrži elektrone, i stoga se sastoji od jednog protona - mnogo manjeg od roditeljskog atoma.

Anjoni i katjoni[uredi | uredi izvor]

Atom vodonika (centar) sadrži jedan proton i jedan elektron. Uklanjanjem elektrona nastaje katjon (levo), dok se dodatkom elektrona formira anjon (desno). Vodonični anjon, sa njegovim labavo držani elektronskim oblakom, ima veći prečnik od neutralnog atoma, koji je daleko veći od golog protona u katjonu. Vodonik formira jedno katjon sa naelektrisanjem +1 koji nema elektrona, ali čak i katjoni koji (za razliku od vodonika) zadržavaju jedan ili više elektrona još uvek su manji od neutralnih atoma ili molekula iz kojih su izvedeni.
„Katjon” preusmerava ovde. Takođe pogledajte i anjon.

Pošto je električni naboj na protonu jednak po magnitudi naboju na elektronu, neto električni naboj na jonu jednak je broju protona u jonu minus broj elektrona.

Anjon (−), od grčke reči ἄνω (ánō), sa značenjem „gore”,[9] jon je sa više elektrona neko protona, što mu daje negativno naelektrisanje (pošto su elektroni negativno naelektrisani i protoni su pozitivno naelektrisani).[10]

Katjon (+), od grčke reči κάτω (káto), sa značenjem „dole”,[11] jon je sa manje elektrona nego protona, što mu daje pozitivno naelektrisanje.[12]

Postoje dodatna imena koja se koriste za jone sa višestrukim naelektrisanjima. Na primer, jon sa −2 naelektrisanjem je poznat kao dianjon a jon sa +2 naelektrisanjem je poznat kao dikatjon. Cviterjon je neutralni molekul sa pozitivnim i negativnim naelektrisanjem na različitim lokacijama unutar tog molekula.[13]

Katjoni i anjoni se mere po njihovom jonskom radijusu i oni se razlikuju po njihovoj relativnoj veličini: „Katjoni su mali, većina njih je manja od 10−10 m (10−8 cm) u radijusu. Većina anjona je velika, kao što je i najzastupljeniji Zemljin anjon, kiseonik. Iz ove činjenice sledi da većinu prostora u kristalu zauzimaju anjoni i da se katjoni smeštaju u prostor između njih.”[14]

Katjon ima radijus manji od 0,8 × 10−10 m (0,8 Å) dok anjon ima radijus veći od 1,3 × 10−10 m (1,3 Å).[15]

Prirodne pojave[uredi | uredi izvor]

Za više informacija pogledajte: Oksidaciono stanje

Joni su sveprisutni u prirodi i oni su odgovorni za raznolike pojave od luminescencije Sunca do postojanja Zemljine jonosfere. Atomi u njihovom jonskom stanju mogu da imaju različitu boju od neutralnih atoma, pa tako apsorpcija svetlosti metalnim jonima daje boju dragog kamenja. U neorganskoj i organskoj hemiji (uključujući biohemiju), interakcija vode i jona je izuzetno važna. Jedan primer toga je energija koja pokreće razgradnju adenozin trifosfata (ATP). Sledeće sekcije opisuju kontekste u kojima joni imaju istaknuto mesto; one su uređene po opadajućoj fizičkoj veličini, od astronomskih do mikroskopskih.

Srodna tehnologija[uredi | uredi izvor]

Joni mogu biti nehemijski pripremljeni koristeći različite izvore jona, obično putem primene visokog napona ili temperature. Oni se koriste u velikom broju uređaja kao što su maseni spektrometri, optički emisioni spektrometri, akceleratori čestica, jonski implantati i jonski motori. Kao reaktivne naelektrisane čestice, oni se takođe koriste u prečišćavanju vazduha za suzbijanje mikroba, kao i u kućnim uređajima kao što su detektori dima.

Signalizacija i metabolizam u organizmima se kontrolišu preciznim jonskim gradijentom preko membrana, i stoga poremećaj ovog gradijenta doprinosi smrti ćelija. Ovo je zajednički mehanizam koji se koristi od prirodnih i veštačkih biocida, uključujući jonsko kanalni gramicidin i amfotericin (fungicid).

Neorganski rastvoreni joni su komponente ukupnih rastvorenih čvrstih materija, što je široko poznati indikator kvaliteta vode.

Jonizacioni potencijal[uredi | uredi izvor]

Jonizacioni potencijal ili energija jonizacije, predstavlja rad koji se izvrši prilikom uklanjanja jednog elektrona iz datog sistema, dakle rad da se stvori određeni jon. (To je rad da se elektron odvede na beskonačno veliko rastojanje.) Kod čvrstih tela i tečnosti jonizacioni potencijal zavisi od lokalnih uslova pa ne predstavlja naročito stabilnu konstantu. Međutim za izolovani atom (dakle, atom u gasnoj fazi na vrlo niskom pritisku) jonizacioni potencijali su karakteristične konstante koje ima smisla tabulirati.

Za hemijske elemente, jonizacione energije opadaju nadole u grupi Periodnog sistema elemenata, i rastu sleva nadesno u periodi. Ovi trendovi su upravo suprotni periodičnim trendovima atomskog prečnika. Elektrone u manjim atomima jezgro jače privlači, i stoga je energija jonizacije veća. U većim atomima, elektroni nisu privučeni toliko snažnom silom, pa je stoga energija jonizacije manja.

Element Prva Druga Treća Četvrta Peta Šesta Sedma
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 12000
Sukcesivne energije jonizacije u kJ/mol

Prva energija jonizacije je energija neophodna da se ukloni elektron sa izolovanog neutralnog atoma, druga da se ukloni elektron sa izolovanog +1 jona, i tako dalje. Sledeća energija jonizacije je uvek veća od prethodne, te će n-ta energija jonizacije biti znatno veća od ostalih. Međutim porast nije linearan već prati strukturu elektronskog omotača kod atoma. Po pravilu najlakše je izvlačiti elektrone iz tek započetih ljuski. Na primer, natrijum se nalazi kao Na+, ali obično ne kao Na2+ usled velike jonizacione energije za drugu jonizaciju. Slično, magnezijum se javlja kao Mg2+, ali ne i kao Mg3+ dok aluminijum može postojati kao Al3+ katjon. Ovo je posledica toga da natrijum ima jedan, magnezijum dva a aluminijum tri elektrona u nedovršenoj poslednjoj ljuski.

Etimologija[uredi | uredi izvor]

Reč jon je ime koje je nadenuo Majkl Faradej, od grčke reči ἰόν, neutralni prezent particip od ἰέναι, „ići“, stoga „koji ide“. Tako, anjon, ἀνιόν, i katjon, κατιόν, znači „(stvar koja) ide gore“ i „(stvar koja) ide dole“, redom, i anoda, ἄνοδος, i katoda, κάθοδος, znači „ide gore“ i „ide dole“, redom, od ὁδός, „put“.

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Knoll 1999
  2. ^ a b Frank A. J. L. James (ur.). The Correspondence of Michael Faraday, Vol. 2: 1832-1840. str. 183. ISBN 9780863412493. 
  3. ^ Michael Faraday (1791—1867). UK: BBC. 
  4. ^ „Online etymology dictionary”. Pristupljeno 7. 1. 2011. 
  5. ^ „The Nobel Prize in Chemistry 1903”. www.nobelprize.org. 
  6. ^ Harris, William; Levey, Judith, ur. (1975). The New Columbia Encyclopedia (4th izd.). New York City: Columbia University. str. 155. ISBN 978-0-231-03572-9. 
  7. ^ Goetz, Philip W. (1992). McHenry, Charles, ur. The New Encyclopædia Britannica. Chicago: Encyclopaedia Britannica Inc. 1 (15 izd.). Chicago: Encyclopædia Britannica, Inc. str. 587. Bibcode:1991neb..book.....G. ISBN 978-0-85229-553-3. 
  8. ^ Cillispie, Charles, ur. (1970). Dictionary of Scientific Biography (1 izd.). New York City: Charles Scribner's Sons. str. 296—302. ISBN 978-0-684-10112-5. 
  9. ^ Oxford University Press (2013). „Oxford Reference: OVERVIEW anion”. oxfordreference.com. 
  10. ^ University of Colorado Boulder (21. 11. 2013). „Atoms and Elements, Isotopes and Ions”. colorado.edu. Arhivirano iz originala 13. 05. 2021. g. Pristupljeno 05. 06. 2019. 
  11. ^ Oxford University Press (2013). „Oxford Reference: OVERVIEW cation”. oxfordreference.com. 
  12. ^ Douglas W. Haywick, Ph.D.; University of South Alabama (2007—2008). „Elemental Chemistry” (PDF). usouthal.edu. 
  13. ^ Purdue University (21. 11. 2013). „Amino Acids”. purdue.edu. 
  14. ^ Frank Press & Raymond Siever (1986) Earth, 14th edition, p. 63, W.H. Freeman and Company. ISBN 978-0-7167-1743-0.
  15. ^ Linus Pauling (1960) Nature of the Chemical Bond na sajtu Gugl knjige

Literatura[uredi | uredi izvor]

Dodatna literatura[uredi | uredi izvor]

Spoljašnje veze[uredi | uredi izvor]

Jon na Vikimedijinoj ostavi.
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Јон&oldid=27548437”