离子是什么

安颖QA2020-11-16 23:57:19阅读(...)

离子是指原子或原子基团失去或得到一个或几个电子而形成的带电荷的粒子。这一过程称为电离。电离过程所需或放出的能量称为电离能。

离子是指原子或原子基团失去或得到一个或几个电子而形成的带电荷的粒子。这一过程称为电离。电离过程所需或放出的能量称为电离能

离子是什么

在化学反应中,金属元素原子失去最外层电子,非金属原子得到电子,从而使参加反应的原子或原子团带上电荷。带电荷的原子叫做离子,带正电荷的原子叫做阳离子,带负电荷的原子叫做阴离子。阴、阳离子由于静电作用而形成不带电性的化合物。

与分子、原子一样,离子也是构成物质的基本粒子。如氯化钠就是由氯离子和钠离子构成的。

概念

离子是指原子或原子基团失去或得到一个或几个电子而形成的带电荷的粒子。

分类

当原子得到一个或几个电子时,质子数

当原子失去一个或几个电子时,质子数大于核外电子数,且质子数=核外电子数+所带电荷数,从而带正电荷,称为阳离子。

络离子是指由某些分子、原子或阳离子通过配位键与电中性分子或阴离子形成的复杂离子,例如水合离子。络离子本身可以属于阳离子或阴离子。

属性

在化合物的原子间进行电子转移而生成离子的过程称为电离,电离过程所需或放出的能量称为电离能。电离能越大,意味着原子越难失去电子。 离子化合物,即阴、阳离子间以离子键组成的化合物,如可溶于水的酸、碱、盐,当在水中溶解并电离时,恒定条件下,处于离子状态的比例和处于分子状态的比例达到动态平衡,称为离子平衡(ion balance)。

结构示意

离子结构示意图与原子结构示意图一样,人们可以用离子结构示意图来表示离子的核电荷数和电子层排布。小圈和圈内的数字分别表示原子核和核内质子数,弧线表示电子层,弧线上的数字表示该层的电子数。

发现简史

1887 年,28 岁的阿仑尼乌斯在前人研究的

气体元素离子

气体元素离子

都有一定数量的原子被电离。在气体放电过程中以及受控聚变装置产生的高温等离子体中,有大量的工作气体原子和杂质原子被剥离了最外层电子,成为离子。例如氧原子,若失去一个电子记作 OⅡ,若失去两电子记作 OⅢ,以此类推。

检验

离子检验指的是通过用指示剂、沉淀、冒泡等方法鉴别离子的过程。

酸根

SO42-(在溶液中)———先加入稀盐酸酸化,如果无沉淀生成、无气体产生(分别排除银离子、碳酸根离子干扰)则在被测溶液中加入氯化钡溶液,生成白色沉淀则原被测液中含硫酸根离子。

CO32-(1)(固体或溶液)———在被测物质中加入稀酸溶液,如果产生能使澄清石灰水变浑浊的气体,则原被测物质中含碳酸根离子。(2)(在溶液中)———在被测溶液中加入氯化钡或硝酸银溶液,如果产生能溶于硝酸的白色沉淀,且同时生成能使澄清的石灰水变浑浊的气体,则原被测溶液中含碳酸根离子。

金属离子

NH4+ (溶液或固体)———在被测物质中加入强碱如 NaOH,研磨或加热,如果放出刺激性气体,且该气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,则原物质中含有铵根离子。

Fe2+ (溶液)———在被测溶液中加入 KSCN 溶液,无现象,再加入新制氯水,然后,如果产生血红色沉淀,则原被测溶液中含有亚铁离子。

Fe3+ (溶液中)———在被测物质中加入 KSCN 溶液,如果产生血红色沉淀,则原被测溶液中含有铁离子。

Na+ (固体或溶液)———用焰色反映检验,如果其火焰为黄色,则原物质中含有钠离子。

K+ (固体或溶液)———用焰色反映检验,如果其火焰为紫色(透过蓝色钴玻璃,滤去黄光),则原物质中含有钾离子。

负离子产品

非金属离子

Cl-(在溶液中)———在被测溶液中加入稀硝酸酸化,然后加入硝酸银溶液。如果生成白色沉淀,则原被测液中含氯离子。

Br- (溶液)———在被测溶液中加入硝酸银溶液,如果生成不溶于硝酸的浅黄色沉淀,则原被测液中含溴离子。

I- (溶液)———在被测溶液中加入硝酸银溶液,如果生成不溶于硝酸的黄色沉淀,则原被测液中含碘离子。

注:

在鉴别硫酸根离子时,用氯化钡溶液,不能用硝酸银或硝酸钡溶液,这是因为硫酸银为微溶性物质,使鉴别现象不明显;且硝酸根很可能将亚硫酸根氧化为硫酸根,造成结果不对。

检验硫酸根离子时在不能直接加入氯化钡溶液,若产生不溶于硝酸的白色沉淀,则原被测液中可能含银离子也可能含硫酸根离子,所以应先加盐酸酸化并排除银离子。

符号

离子符号:在元素符号右上角表示出离子所带正、负电荷数的符号。 例如,钠原子失去一个电子后成为带一个单位正电荷的钠离子用“Na+”表示。硫原子获得二个电子后带元素符号:统一采取该元素的拉丁文名称第一个字母来表示元素的符号(往往正负电的数字写在正负号的前面)。

离子键

离子键

离子键 :使阴、阳离子结合成化合物的静电作用。

离子键是由电子转移(失去电子者为阳离子,获得电子者为阴离子)形成的。即正离子和负离子之间由于静电引力所形成的化学键。离子既可以是单离子,如 Na+、Cl-;也可以由原子团形成;如 SO42-,NO3-等。离子键的作用力强,无饱和性,无方向性。离子键形成的矿物总是以离子晶体的形式存在。

研究认为,在分子或晶体中的原子决不是简单地堆砌在一起,而是存在着强烈的相互作用。化学上把这种分子或晶体中原子间(有时原子得失电子转变成离子)的强烈作用力叫做化学键。键的实质是一种力。所以有的又叫键力,或就叫键。

矿物都是由原子、分子或离子组成的,它们之间是靠化学键联系着的。

化学键主要有三种基本类型,即离子键、共价键和金属键。

共价键的形成

离子键的形成

1.非极性共价键形成共价键的电子云正好位于键合的两个原子正中间,如金刚石的 C—C 键。

2.极性共价键 形成共价键的电子云偏于对电子引力较大的一个原子,如 Pb—S 键,电子云偏于 S 一侧,可表示为 Pb→S。

3.配价键 共享的电子对只有一个原子单独提供。如 Zn—S 键,共享的电子对由锌提供,Z:+ ¨..S:=Z n→S 共价键可以形成两类晶体,即原子晶体共价键与分子晶体。原子晶体的晶格结点上排列着原子。原子之间有共价键联系着。在分子晶体的晶格结点上排列着分子(极性分子或非极性分子),在分子之间有分子间力作用着,在某些晶体中还存在着氢键。

离子间的反应

凝固成液氯、液氨和干冰(二氧化碳的晶体)。说明在分子之间还有一种作用力存在着,这种作用力叫做分子间力(范德华力),有的叫分子键。分子间力的分子的极性有关。分子有极性分子和非极性分子,其根据是分子中的正负电荷中心是否重合,重合者为非极性分子,不重合者为极性分子。 分子间力包括三种作用力,即色散力、诱导力和取向力。

(1)当非极性分子相互靠近时,由于电子的不断运动和原子核的不断振动,要使每一瞬间正、负电荷中心都重合是不可能的,在某一瞬间总会有一个偶极存在,这种偶极叫做瞬时偶极。由于同极相斥,异极相吸,瞬时偶极之间产生的分子间力叫做色散力。任何分子(不论极性或非极性)互相靠近时,都存在色散力。

(2)当极性分子和非极性分子靠近时,除了存在色散力作用外,由于非极性分子受极性分子电场的影响产生诱导偶极,这种诱导偶极和极性分子的固有偶极之间所产生的吸引力叫做诱导力。同时诱导偶极又作用于极性分子,使其偶极长度增加。从而进一步加强了它们间的吸引。

(3)当极性分子相互靠近时,色散力也起着作用。此外,由于它们之间固有偶极之间的同极相斥,异极相吸,两个分子在空间就按异极相邻的状态取向,由于固有偶极之间的取向而引起的分子间力叫做取向力。由于取向力的存在,使极性分子更加靠近,在相邻分子的固有偶极作用下,使每个分子的正、负电荷中心更加分开,产生了诱导偶极,因此极性分子之间还存在着诱导力。

总之,在非极性分子之间只存在着色散力,在极性分子和非极性分子之间存在着色散务和诱导力,在极性分子之间存在着色散力、诱导力和取向力。色散力、诱导力和取向力的总和叫做分子间力。分子间力没有方向性与饱和性,键力较弱。

特征

离子是组成离子型化合物的基本粒子。离子型化合物在任何状态下(晶体、熔融状态、蒸气状态或溶液中)都是以离子的形式存在的。因此,离子的性质在很大程度上决定着离子化合物的性质。就是说,离子的性质,即离子的三种重要特征:离子的电荷、离子的半径、离子的电子层结构的类型(简称离子的电子构型)是决定离子型化合物的共性和特性的根本原因。

(1)离子的电荷

离子电荷对于离子的性质以及所组成的离子型化合物的性质,都有很大影响。即使是同一种元素,当形成不同电荷的离子时,由它们所组成的离子型化合物的性质也会有较大的差异。例如,铁元素能形成 Fe2+、Fe3+两种离子,这两种离子及其化合物在性质上就大不相同。Fe3+比 Fe2+的正电荷多,在一定条件下,Fe3+能夺取 1 个电子变成 Fe2+,而相反,Fe2+则有失去 1 个电子变为 Fe3+的倾向。Fe3+在溶液中能跟 SCN-离子作用生成血红色的 Fe(SCN)2+离子,而 Fe2+则不发生这种反应;Fe3+在水溶液里呈黄色,Fe2+在水溶液里却呈浅绿色等。

(2)离子的电子构型

离子的电子层结构类型不同,对离子化合物的性质亦有一定的影响,例如,Na 和 Cu 离子的电荷数相同,都是+1 价的离子,它们的离子半径也很相近,Na 的半径是 0.095 nm,Cu 的半径是 0.096 nm,但它们相应的化合物的性质却有较大的差别:如 NaI 易溶于水,而 CuI 不易溶于水。这主要是由于 Na 的电子构型(2s2p)和 Cu 的电子构型(3s3p3d)很不相同。

(3)离子的半径

原子或离子的绝对大小是无法确定的,因为原子核外电子并非在固定的轨道上运动。而通常说的离子半径是指离子的有效半径,它是通过各种结构分析实验测定两个异号离子 A 和 B 所组成的离子型化合物的核间距 d 求算出来的。而 d 等于 A 的半径 r1 与 B 的半径 r2 之和,即

d=r1+r2

由此可见,离子半径只能近似地反映离子的大小,离子半径随配位数、离子的价数等等而改变。

离子半径求算时,必须假设某个离子的 r1 为已知,然后依据 r2=d-r1 公式求出 r2。1926 年,戈尔德施米特由晶体结构数据确定了氟离子和氧离子的半径分别是 0.133 nm 和 0.132 nm,然后以此为基准,一一推算出其他各离子的半径。

定义一:描述离子大小的参数。取决于离子所带电荷、电子分布和晶体结构型式

离子半径

离子半径

常见离子

阳离子

1.简单阳离子

名称

化学式

别称

铝离子

Al3+

钡离子

Ba2+

铍离子

Be2+

铯 离子

Cs+

钙离子

Ca2+

铬离子(II)

Cr2+

铬离子(III)

Cr3+

铬离子(VI)

Cr6+

钴离子(II)

Co2+

钴离子(III)

Co3+

亚铜离子(I)

Cu+

铜离子(II)

Cu2+

铜离子(III)

Cu3+

镓 离子

Ga3+

氦离子

He2+

α粒子

氢离子

H+

质子

亚铁离子(II)

Fe2+

铁离子(III)

Fe3+

铅离子(II)

Pb2+

铅离子(IV)

Pb4+

锂离子

Li+

镁离子

Mg2+

锰离子(II)

Mn2+

锰离子(III)

Mn3+

锰离子(IV)

Mn4+

锰离子(VII)

Mn7+

汞离子(II)

Hg2+

亚镍离子(II)

Ni2+

镍离子(III)

Ni3+

钾 离子

K+

银 离子

Ag+

钠离子

Na+

锶离子

Sr2+

亚锡离子(II)

Sn2+

锡离子(IV)

Sn4+

金离子

Au3+

锌 离子

Zn2+

2.多原子阳离子

铵根离子

NH4+

水合氢离子

H3O+

硝鎓离子

NO2+

亚汞(I)

Hg22+

阴离子

1.简单阴离子

名称

化学式

合称

砷离子

As3−

砷化物

叠氮根离子

N3−

叠氮化物

溴离子

Br−

溴化物

氯离子

Cl−

氯化物

氟离子

F−

氟化物

氢负离子

H−

氢化物

碘离子

I−

碘化物

氮离子

N3−

氮化物

氧离子

O2−

氧化物

磷离子

P3−

磷化物

硫离子

S2−

硫化物

过氧根离子

O22−

过氧化物

2. 含氧酸根

名称

化学式

合称

砷酸根离子

AsO43−

砷酸盐

亚砷酸根离子

AsO33−

亚砷酸盐

硼酸根离子

BO33−

硼酸盐

溴酸根离子

BrO3−

溴酸盐

次溴酸根离子

BrO−

次溴酸盐

碳酸根离子

CO32−

碳酸盐

碳酸氢根离子

HCO3−

碳酸氢盐

氢氧根离子

OH−

氢氧化物

氯酸根离子

ClO3−

氯酸盐

高氯酸根离子

ClO4−

高氯酸盐

亚氯酸根离子

ClO2−

亚氯酸盐

次氯酸根离子

ClO−

次氯酸盐

铬酸根离子

CrO42−

铬酸盐

二铬酸根离子

Cr2O72−

二铬酸盐

碘酸根离子

IO3−

碘酸盐

硝酸根离子

NO3−

硝酸盐

亚硝酸根离子

NO2−

亚硝酸盐

磷酸根离子

PO43−

磷酸盐

亚磷酸根离子

HPO32−

亚磷酸盐

磷酸一氢根离子

HPO42−

磷酸一氢盐

磷酸二氢根离子

H2PO4−

磷酸二氢盐

锰酸根离子

MnO42−

锰酸盐

高锰酸根离子

MnO4−

高锰酸盐

硫酸根离子

SO42−

硫酸盐

硫代硫酸根离子

S2O32−

硫代硫酸盐

硫酸氢根离子

HSO4−

硫酸氢盐

亚硫酸根离子

SO32−

亚硫酸盐

亚硫酸氢根离子

HSO3−

亚硫酸氢盐

过硫酸根离子

S2O82−

过硫酸盐

硅酸根离子

SiO44−

硅酸盐

偏硅酸根离子

SiO32−

偏硅酸盐

铝硅酸根离子

AlSiO4−

铝硅酸盐

3. 有机酸根离子

名称

化学式

合称

乙酸根(醋酸根)离子

C2H3O2−

乙酸盐

甲酸根离子

HCO2−

甲酸盐

草酸根离子

C2O42−

草酸盐

草酸氢根离子

HC2O4−

草酸氢盐

4. 其他阴离子

名称

化学式

合称

硫化氢根离子

HS−

硫化氢盐

碲离子

Te2−

碲化物

氨基负离子

NH2−

氨基盐

氰酸根离子

OCN−

氰酸盐

硫氰酸根离子

SCN−

硫氰酸盐

氰离子

CN−

氰化物

常见颜色

名称

化学式

颜色

高锰酸根离子

MnO4-

紫色

锰酸根离子

MnO42-

绿色

铬酸根离子

CrO42-

黄色

重铬酸根离子

Cr2O72-

橙色

铜离子

Cu2+

蓝色

亚铜离子

Cu+

红色

铁离子

Fe3+

褐色

亚铁离子

Fe2+

淡绿色

亚钴离子

Co2+

粉红色

锰离子

Mn2+

淡粉红色

溴离子

Br-

淡黄色

离子方程式

用实际参加反应的离子符号表示离子反应的式子。它不仅表示一定物质间的某个反应,而且表示了所有同一类型的离子反应的基本步骤为:

①、写出有关反应的化学方程式。

②、可溶性的强电解质(强酸、强碱、可溶性盐)用离子符号表示,其它难溶的物质、气体、水等仍用分子式表示。微溶的强电解质应看其是否主要以自由离子形式存在,例如,石灰水中的 Ca(OH)2 写离子符号,石灰乳中的 Ca(OH)2 用分子式表示。

③、删去方程式两边不参加反应的离子。

④、检查式子两边的各种原子的个数及电荷数是否相等。

各种类型的离子方程式可按下列方法书写:

①、珞和反应、盐类的水解反应应直接写离子方程式。例如,氯化铁溶液跟硫氰化钾溶液反应:Fe3++SCN-[Fe(SCN]2+ 碳酸钠水解:

②、简单的复分解反应可直接写出离子方程式。注意:当反应物一边或生成物一边有多种物质需用分子式表示时,应当写全,不可遗漏。例如,氢氧化钡与硫酸铵溶液共热:可溶性酸式盐跟强碱的反应比较复杂,应按基本步骤书写,否则易出错误。

③、氧化还原类型的离子反应应按基本步骤书写,否则会出现多种错误。例如,铁跟氯化铁溶液反应,以下写法是错误的(两边电荷不等):Fe+Fe3+=2Fe2+ 应先写出化学方程式: Fe+2FeCl3=3FeCl2 再删去未反应的 Cl-:

Fe+2Fe3+=3Fe2+

离子液体的毒性

离子液体(ILs)是完全由离子组成的在室温或使用温度下呈液态的盐,一般由较大的有机阳离子和较小的无机阴离子组成。离子液体的物化性质以及应用方面已有较多报道,但有关离子液体的负面影响直到最近才引起人们的注意。有报道指出:离子液体因没有蒸气压,在使用过程中本身不会形成挥发性有机物而被称为“绿色产品”,但离子液体本身并非“绿色”产品———某些离子液体甚至是有毒的。Jastorff 等则指出离子液体在设计应用方面存在一定的危害,并提出应结合多学科知识对其潜在危害性进行综合评价。从离子液体的制备、再生和处置过程看:用于制备离子液体的主要原料(烷基取代咪唑、烷基取代吡啶、烷基取代盐和烷基取代铵盐等)大多是挥发性有机物;而离子液体的再生过程主要是采用具有挥发性的传统有机溶剂进行萃取的过程;某些离子液体本身是有毒且难以生物降解的。因此,在离子液体大规模应用前需对其应用风险进行评价。

离子液体的毒性在其对生态环境的影响与应用风险评价方面起着极其重要的作用。近年来有关离子液体毒性方面的研究却远远滞后于离子液体物性及应用研究,直到最近才有少量报道。

离子液体的毒性研究

离子液体毒性的相关研究,国外处于起步阶段,国内尚未见相关报道。从已有研究报道看,研究工作主要集中在以下两个问题:一是 ILs 对生态系统中各类生物的毒性作用情况;二是 ILs 的各部分组成对 ILs 毒性的影响。ILs 各组成部分对其毒性的影响主要包括如下方面: (1)阳离子核对 ILs 毒性的影响;(2)侧链取代基 R1、R2 的长度对 ILs 毒性的影响;(3)阴离子对 ILs 毒性的影响。研究方法以生物个体水平的毒性试验研究为主,并有少量分子、细胞水平的毒性试验以及 SAR 研究。

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