Іон і атом: що спільного і в чому різниця

Атоми і іони - мікроскопічні частинки, які складаються з ядра і електронів, що обертаються навколо нього по орбиталям. Основне, але не єдина, відмінність між цими частками полягає в тому, що іон несе певний заряд, а атом - немає.

Загальні відомості про атомах і іонах

Атом - найменша частинка речовини, що володіє всіма його властивостями. Радіус атома вимірюється в пікометр (метра). Атом - електронейтральна, тобто не несе заряду структура, що складається з ядра і що обертаються навколо нього електронів. Ядро атома складається з протонів і нейтронів, які також називаються субатомними частинками. Протон несе позитивний заряд, по модулю рівний заряду електрона. Нейтрони не мають заряду. Кількість електронів в атомі відповідає числу протонів в ядрі, що робить атом в цілому електронейтральний.

атом

Іон - Неелементарні частка, що несе позитивний або негативний заряд. Іон виходить в процесі відриву або приєднання електрона до атома або групи атомів. Іон з негативним зарядом (атом з надлишком електронів) називається аніоном, а іон, що несе позитивний заряд, (атом з недоліком електронів) - катіоном.

Іони

Як відбувається утворення іонів

Іон утворюється з атома в процесі, званому іонізацією. Катіон утворюється, коли електрон в атомі отримує енергію іонізації, що дає йому можливість подолати потенційний бар`єр, і віддалиться від атома, подолавши сили електростатичного притягання. Процес утворення аніону відбувається з виділенням енергії, коли атом отримує додатковий електрон.

Іонізація може наступити через підвищення температури, впливу електричного поля, рентгенівського випромінювання або освітлення.

іонізація газів

Деякі атоми не утворюють негативних іонів. Наприклад, інертні гази за рахунок повністю завершеного зовнішнього електронного рівня не можуть приєднати ще один електрон. Інертні гази не вступають в реакцію з іншими речовинами при нормальних умовах. Енергія іонізації інертних газів дуже висока, в порівнянні з атомами інших хімічних елементів - від 10,8 еВ для радону до 24,6 еВ для гелію. Настільки велике значення енергії іонізації ускладнює процес утворення іонів інертних газів.

Всі лужні метали (рубій, натрій, калій, літій, цезій, францій) є хорошими восстановителями, тобто легко віддають електрони інших атомів, перетворюючись на позитивно заряджені іони. Відбувається це за рахунок невисокої енергії іонізації - до 5 еВ. Францій - найсильніший відновник. Атоми цього елемента віддають електрони легше, ніж інші, за рахунок дуже низької енергії іонізації. Лужні метали мають всього один валентний електрон, і його легше віддати, ніж приєднати сім електронів для завершення енергетичного рівня. Лужні метали можуть перетворюватися в позитивно заряджені іони просто під впливом освітлення.

Аналогічним властивістю володіє водень. Його атом має єдиний електрон і легко віддає його, утворюючи катіон.

Галогени - фтор, бром, йод, хлор і астат (елементи, що знаходяться в основний підгрупі 7-ий групи таблиці Менделєєва) мають високу електронегативність - властивістю зміщувати до себе загальні пари електронів в з`єднанні. Вони легко утворюють аніони, оскільки на зовнішньому рівні у них вже 7 електронів, і бракує лише одного для завершення рівня. Бром, хлор, йод і астат можуть утворювати як негативні, так і позитивні іони при контакті з більш електронегативними елементами. Фтор ніколи не утворює позитивних іонів, так як є елементом з найвищою електронегативні і має високу енергію іонізації.

Що ж спільного у атома і іона?

Атом і іон одного і того ж елемента мають в ядрі однакову кількість протонів і нейтронів.

Іон позначається тим же символом, що і відповідний хімічний елемент в періодичній таблиці, тільки справа вказується значення заряду.

Відмінності між атомом і іоном

Основна відмінність між атомом і іоном в тому, що іон - заряджена частинка, а атом - НЕ заряджена.

Також атом і іон одного і того ж елемента відрізняються по масі, за рахунок різниці в кількості електронів. Катіон має меншу масу, ніж атом того ж елемента, а аніон, відповідно, більшу. Різниця між масою атома і масою іона кратна масі електрона.

Іони, на відміну від атомів, не володіють властивостями простого речовини. Прикладом цього можуть служити кристали йоду, які мають темно-синій колір, в газоподібному стані він фіолетовий, а його іони безбарвні. Іони йоду не дають кольоровій реакції з крохмалем і не отруйні, на відміну від кристалів.

Аналогічний приклад - мідь. Цей метал має золотисто-червоний колір, а його іони - зелено-блакитні.

калій - сріблястий метал, атоми якого активно реагую з водою, в той час як іони цієї речовини не володіють такою властивістю. Те ж саме відмінність характерно для властивостей атомів і іонів натрію.

Катіон водню в реакції з аміаком формує іон амонію. Для молекули водню така реакція не характерна.

Атоми не зустрічаються в природі самостійно, на відміну від іонів. Виняток становлять тільки інертні гази, які вступають в реакцію з іншими елементами тільки в екстремальних умовах. Якщо іон формується з декількох атомів, то він істотно відрізняється від атома розміром і структурою. На відміну від атома, іон не відноситься до елементарних частинок.

Іони мають завершений зовнішній енергетичний рівень - на ньому 8 електронів. Ніякі атоми, крім інертних газів, не володіють цією властивістю.