Ione
In chimica, una molecola o un atomo elettricamente carichi vengono detti ioni. Poichè hanno perso o guadagnato un elettrone rispetto al normale, il processo di perdita/acquisizione viene detto ionizzazione. In fisica, nuclei atomici completamente ionizzati, cone quelli delle particelle alfa, vengono comunemente detti particelle cariche. La ionizzazione viene eseguita solitamente tramite applicazione di alta energia agli atomi, in forma di potenziale elettrico o radiazione. Un gas ionizzato viene detto plasma.
Gli ioni caricati negativamente sono conosciuti come anioni (che sono attratti dagli anodi) e quelli caricati positivamente sono chiamati cationi (e sono attratti dai catodi).
Gli ioni vennero teorizzati per la prima volta da Michael Faraday attorno al 1830, per descrivere quella porzione di molecole che viaggiano verso un anodo o un catodo. Comunque, il meccanismo con qui questi si ottengono, non fu descrittofino al 1884 da Svante August Arrhenius nella sua dissertazione per il dottorato all'Università di Uppsala. La sua teoria fu inizialmente rigettata (passò l'esame con il minimo dei voti) ma ottenne il Premio Nobel per la Chimica nel 1903 per la stessa dissertazione.
La parola "ione" deriva dal greco ion, participio presente di ienai "andare", quindi "andante". "Anione" e "catione" significano "andante in su" e "andante in giù", mentre "anodo" e "catodo" significano "verso l'alto" e "verso il basso" (hodos = strada, via).
Per atomi singoli nel vuoto, esiste una costante fisica associata al processo di ionizzazione. L'energia richiesta per rimuovere gli elettroni da un atomo è chiamata energia di ionizzazione, o potenziale di ionizzazione. Questi termini sono usati anche per descrivere la ionizzazione di molecole e solidi, ma i valori non sono costanti, poichè la ionizzazione è influenzata dai legami chimici locali, dalla geometria e dalla temperatura.
L'energia di ionizzazione decresce lungo un gruppo della Tavola periodica, e incrementa da sinistra a destra attraverso il periodo. Queste tendenze sono esattamente opposte a quelle del raggio atomico. Gli elettroni degli atomi più piccoli sono più attratti dal nucleo, quindi l'energia di ionizzazione è maggiore. Negli atomi più grandi gli elettroni non sono trattenuti così fortemente e quindi l'energia di ionizzazione richiesta è minore.
| Elemento | Prima | Seconda | Terza | Quarta | Quinta | Sesta | Settima |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Na | 496 | 4.560 | - | - | - | - | - |
| Mg | 738 | 1.450 | 7.730 | - | - | - | - |
| Al | 577 | 1.816 | 2.744 | 11.600 | - | - | - |
| Si | 786 | 1.577 | 3.228 | 4.354 | 16.100 | - | - |
| P | 1.060 | 1.890 | 2.905 | 4.950 | 6.270 | 21.200 | - |
| S | 999 | 2.260 | 3.375 | 4.565 | 6.950 | 8.490 | 11.000 |
| Cl | 1.256 | 2.295 | 3.850 | 5.160 | 6.560 | 9.360 | 11.000 |
| Ar | 1.520 | 2.665 | 3.945 | 5.770 | 7.230 | 8.780 | 12.000 |
| Energie di ionizzazione successive in kJ/mol | |||||||
La prima energia di ionizzazione è l'energia richiesta per rimuovere un elettrone, la seconda per rimuovere due elettroni, e così via. Le successive energie di ionizzazione sono sempre maggiori delle precedenti e una certa n-sima energia di ionizzazione sara significativamente più grande delle altre. Per questo motivo gli ioni tendono a formarsi in certi modi. Ad esempio, il sodio si trova come Na+, ma normalmente non come Na2+ a causa dell'alta energia di ionizzazione richiesta. Similarmente, il magnesio si trova come Mg2+, ma non Mg3+ e l'alluminio esiste come catione Al3+.
