Ion

Ion hay điện tích là một nguyên tử hay nhóm nguyên tử bị mất hay nhận thêm được một hay nhiều electron. Một ion mang điện tích âm, khi nó thu được một hay nhiều electron, được gọi là anion hay điện tích âm, và một ion mang điện tích dương khi nó mất một hay nhiều electron, được gọi là cation hay điện tích dương. Quá trình tạo ra các ion hay điện tích gọi là ion hóa.

Cation benzil

Các nguyên tử hay nhóm nguyên tử bị ion hóa được biểu diễn dưới dạng các số viết nhỏ lên trên, bên phải ký hiệu của nguyên tử hay nhóm nguyên tử, thể hiện số lượng electron mà nó thu được hay mất đi (nếu lớn hơn 1) và dấu + hay − tùy theo nó mất hay thu được (các) electron. Trong trường hợp mất hay thu được chỉ một electron thì không cần ghi giá trị số. Ví dụ H⁺ hay Cl⁻.

Các kim loại có xu hướng tạo ra các cation (mất đi electron) trong khi các phi kim loại có xu hướng tạo ra anion, ví dụ natri tạo ra cation Na⁺ trong khi clo tạo ra các anion Cl^-.

Năng lượng ion hóa

Năng lượng cần thiết để tạo ra cation bằng cách loại bỏ electron từ một nguyên tử trung hòa về điện là năng lượng ion hóa. Nói chung, năng lượng ion hóa thứ n của nguyên tử là năng lượng cần để loại bỏ electron thứ n sau khi n - 1 electron trước đã bị loại bỏ.

Mỗi một năng lượng ion hóa kế tiếp là lớn hơn một cách đáng kể so với năng lượng ở mức trước đó. Đặc biệt, sự thay đổi năng lượng tăng lên một cách đột ngột khi các electron của một lớp obitan nào đó trong nguyên tử đã bị loại bỏ hết. Vì lý do này, các cation có xu hướng được tạo ra theo hướng bỏ hết các electron của cùng một lớp obitan. Ví dụ, natri được tìm thấy như là Na⁺, nhưng không phải là Na²⁺ vì cần năng lượng lớn để ion hóa. Tương tự, magnesi được tìm thấy như là Mg²⁺, mà không phải là Mg³⁺, và nhôm có thể tồn tại ở dạng cation Al³⁺. Khi một nhóm các nguyên tử thu được các electron, chúng cũng trở thành các ion, chẳng hạn như SO₄^2-.

Lịch sử

Các ion lần đầu tiên được lý thuyết hóa bởi Michael Faraday khoảng năm 1830, để miêu tả các thành phần của phân tử mà chuyển động về phía anion hay cation. Tuy nhiên, cơ chế mà các chuyển động này có thể diễn ra đã không được miêu tả cho đến tận năm 1884 khi Svante August Arrhenius trong luận án tiến sĩ của mình trong trường đại học tổng hợp Uppsala đã miêu tả chúng. Lý thuyết của ông ban đầu đã không được chấp nhận (ông nhận được học vị tiến sĩ với điểm thấp nhất để được vượt qua) nhưng luận án tiến sĩ của ông đã đoạt giải Nobel về hóa học năm 1903.

Ngôn từ học

Từ ion đã được đặt tên bởi Michael Faraday, từ tiếng Hy Lạp ἰόν, động tính từ thời hiện tại của ἰέναι, "chuyển động", vì thế là "người đi lại". Danh pháp này dựa trên xu hướng của các anion chuyển động về phía anốt, và của các cation chuyển động về phía catốt. Vì thế, anion (ἀνιόν) và cation (κατιόν) có nghĩa là "(một thứ) đi lên" và "(một thứ) đi xuống", một cách tương ứng, và anốt, ἄνοδος, và catốt, κάθοδος, có nghĩa là "đi lên" và "đi xuống", tương ứng từ ὁδός, "đường".