Ioon

Ioon on molekulaarüksus, mis enamasti tekib aatomist või molekulist ionisatsiooni käigus. Ioonil on seega positiivne või negatiivne elektrilaeng. Positiivse elektrilaenguga iooni nimetatakse katiooniks ja sellel on elektronkattes vähem elektrone kui tuumas prootoneid. Negatiivse elektrilaenguga iooni nimetatakse aniooniks ja sellel on elektronkattes rohkem elektrone kui tuumas prootoneid.
Ioone tähistatakse samamoodi kui elektriliselt neutraalseid keemilisi elemente, lisades sõltuvalt iooni tüübist elemendi tähisele "+" või "–" märgi ning märkides vajaduse korral ära kaotatud või juurde saadud elektronide arvu. Näiteks H+ ja SO42-.
Ionisatsioonienergia.
Energiat, mis on vajalik põhiolekus (madalaimal energiatasemel) oleva elektroni väljalöömiseks aatomi elektronkattest, nimetatakse ionisatsioonienergiaks ehk ionisatsioonipotentsiaaliks. See on ühtlasi selle elektroni seoseenergia aatomis. N taseme ionisatsioonienergia on energia, mis on vaja anda n elektronile pärast seda, kui n – 1 elektroni on juba aatomist eemaldatud.
Iga järgmise taseme ionisatsioonienergia on oluliselt suurem kui eelmine. Eriti suur hüpe ionisatsioonienergias toimub pärast alamelektronkihi tühjendamist elektronidest. Sel põhjusel on enamik ioone sellised, millel on pealmine alamelektronkiht täidetud. Näiteks naatriumil on väliskihis ainult üks valentselektron ning seega on kõige levinum naatriumi ioon Na+.
Perioodilisustabeli teises servas on klooril seitse valentselektroni, seega kõige levinum kloori ioon on ühe lisaelektroniga Cl–. Kõige väiksem ionisatsioonienergia on frantsiumil ja kõige suurem fluoril. Metallide ionisatsioonienergia on tavaliselt palju väiksem kui mittemetallidel, mistõttu metallid reeglina kaotavad elektrone (muutuvad positiivseteks ioonideks) ja mittemetallid haaravad elektrone lisaks (muutuvad negatiivseteks ioonideks).
Ioonide teke.
Positiivse iooni teke.
Positiivse iooni tekkimiseks on vaja aatomile anda lisaenergia, mis on aatomi ionisatsioonienergiast suurem või sellega võrdne. Näiteks ioniseeriv kiirgus ioniseerib aatomeid, andes kiirgusenergiat üle aatomitele ning rebides sellega elektrone aatomi elektronkattest välja. Mida väiksem on aatomi ionisatsioonienergia, seda väiksema energiaga kiirgusest piisab aatomi ioniseerimiseks.
Positiivset iooni nimetatakse katiooniks.
Negatiivse iooni teke.
Neutraalses aatomi tuumas on tavaliselt Z positiivselt laetud prootonit ja elektronkattes Z negatiivselt laetud elektroni. Seega on aatomi kogulaeng 0. Kui elektronid kataksid tuuma ühtlase kihina, siis ei oleks negatiivsete ioonide tekkimine füüsiliselt võimalik. Reaalsuses läbib aatomist mööduv elektron aatomi elektronkatte. (Tema lainefunktsioon võimaldab tal teatava tõenäosusega paikneda aatomi negatiivse elektronkatte ja positiivse tuuma vahel.) Teda mõjutab tuuma tõmbejõud, mis liidab elektroni aatomi elektronkattesse. Täiendav elektroni negatiivne laeng paigutab ülejäänud elektronid elektronkattes veidi ümber. Kõik Z + 1 elektroni korralduvad ümber uutele energeetilistele tasemetele.
Negatiivset iooni nimetatakse aniooniks.
Vaba radikaal.
Vaba radikaal on ioon, milles on üks või rohkem paardumata elektroni. Selline ioon on väga ebastabiilne ning aldis reageerima teiste ioonide ja ainetega.
Plasma.
Plasma on aine olek, kus kõik aatomid on täielikult ioniseeritud. Plasma tekib näiteks aine kuumutamisel temperatuurini, milles kõigi aine aatomite kineetiline energia ületab aatomi (kõigi elektronide) ionisatsioonienergia. Sellise temperatuuri juures rebitakse kõik elektronid aatomituumade küljest lahti ning plasma koosneb vabadest aatomituumadest ja elektronidest.