Jon
Wikipedia
En jon är en atom, grupp av atomer, eller elementarpartikel som har ett överskott eller underskott av elektrisk laddning. De enklaste jonerna är elektronen (en negativ laddningsenhet, e-), protonen (en vätejon, en positiv laddningsenhet, H+), och alfapartikeln (heliumjon, två positiva laddningsenheter, He2+). En negativt laddad jon, som har fler elektroner i sina elektronskal än protoner i atomkärnorna, kallas för anjon eftersom den attaheras av (positivt laddade) anoder; en positivt ladded jon som har färre elektroner än protoner kallas katjon eftersom den attraheras av (negativt laddad) katoder. Större joner som består av flera atomer kallas för molekylära joner. Processen som förvandlar neutrala atomer eller molekyler till joner kallas jonisering.
Joniserade atomer och atomgrupper förtecknas med laddningen i exponentläge, exempelvis H+ (vätejon), SO42- (sulfatjon).
En ansamling av icke-flytande gaslika joner, eller till och med en gas som innehåller en del laddade partiklar kallas plasma. Det är möjligt att plasmor bestående till stor del av elektroner och protoner kan utgöra över 99% av det synliga universum [1]. Den positivt laddade protonen är ungefär 1836 gånger massivare än elektronen.
En lösning som innehåller joner eller en plasma leder ström eftersom de laddade jonerna är rörliga påverkas av det elektriska fältet elektronerna kommer i rörelse och skapar ett laddningsflöde.
Innehåll |
[redigera] Jonisationspotential
Den energi som krävs för att lösgöra en elektron i sitt lägsta energitillstånd från en gasatom eller gasmolekyl kallas jonisationspotential eller joniseringsenergi. Den n-te joniseringsenergin hos en atom eller molekyl är den energi som krävs för för att lösgöra den n-te elektronen efter att n-1 elektroner redan har lösgjorts.
Varje successiv joniseringsenergi är märkbart större än det tidigare: det blir svårare att ta bort fler elektroner, speciellt när atomen har endast fyllda elektronskal. Därför tenderar joner att bildas så att de har s.k. ädelgasstruktur. Exempelvis har natrium en valenselektron i sitt yttersta elektronskal, så den påträffas oftast i joniserad form med en felande elektron: Na+. På andra sidan periodiska systemet har klor sju valenselektroner, därför har klor i joniserad form en extra elektron: Cl-. Hos grundämnena har francium har den lägsta joniseringsenergin och fluor har den högsta joniseringsenergin. I allmänhet har metaller lägre joniseringsenergi än icke-metaller, vilket är orsaken till varför metaller gärna släpper elektroner för att bilda positivt laddade katjoner medan ickemetaller i allmänhet tar emot elektroner för att bilda negativa anjoner.
[redigera] Fleratomiga joner
Fleratomiga och molekylära joner bildas ofta när elementära joner som H+ reagerar med neutrala molekyler eller när elemenärara joner spjälkas från neutrala molekyler. Många av dessa processer är syra-bas-reaktioner, något som teoriserades först av den tyske forskaren Lauren Gaither. Ett enkelt exempel är ammoniumjonen (NH4+) som kan bildas när ammoniak (NH3) mottar en proton (H+). Ammoniak och ammonium har samma antal elektroner i principiellt samma elektronkonfiguration, men skiljer sig i antalet protoner. Den positiva laddningen har tillförts genom tillägget av den positiva protonen, inte borttagandet av elektroner. Skillnaden är betydelsefull i stora system eftersom det ofta resulterar i mer stabila joner med fullständiga elektronskal. Exemplevis är jonen NH3·+ instabil eftersom den har ett ofullständigt valensskal runt kväveatomen och är faktiskt en radikaljon.
[redigera] Andra slags joner
En dianjon är en jon med två negativa laddningar. pentalen-dianjonen är aromatisk. En zwitterjon är en jon med en nettoladdningen 0, men har både en negativ och en positiv laddning. Radikaljoner är joner som har ett udda antal elektroner och är mestadels väldigt reaktiva och instabila.
[redigera] Historik
Joner teoriserades först av Michael Faraday omkring 1830, för att beskriva de molekyldelar som rör sig mot en anod eller till en katod. Själva mekanismen bakom molekylrörelsen och spjälkningen förklarades först 1884 av Svante August Arrhenius i sin doktorsavhandling vid Uppsala Universitet. Hans teori accepterades inte i början men avhandlingen vann honom Nobelpriset i kemi 1903.
[redigera] Etymologi
Ordet jon myntades av Michael Faraday, från grekiskans ἰόν, från verbet ἰέναι, "att gå", alltså "en gångare". Anjon, ἀνιόν, och katjon, κατιόν betyder "[något] som går upp" respektive "[något] som går ner".
[redigera] Tillämpningar
Joner är en förutsättning för liv. Natrium, kalium, kalcium och andra joner spelar en viktig roll i levande organismers celler, särskilt i cellmembran. De har många praktiska alldagliga tillämpningar i apparater som rökdetektorer, och även i nya okonventionella teknologier som till exempel jonmotorer.
