Ion

Ion hay điện tích là một nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử đã mất hoặc nhận thêm một hay nhiều electron. Một ion mang điện tích âm khi thu thêm electron, gọi là anion hoặc điện tích âm, và một ion mang điện tích dương khi mất electron, gọi là cation hoặc điện tích dương. Quá trình hình thành các ion gọi là ion hóa.

Các nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử bị ion hóa được biểu thị bằng các số nhỏ phía trên bên phải ký hiệu của chúng, cho biết số lượng electron đã mất hoặc nhận (nếu nhiều hơn 1) và dấu + hoặc − tùy thuộc vào việc mất hay nhận electron. Nếu chỉ một electron bị mất hoặc nhận thì không cần ghi số lượng. Ví dụ: H hoặc Cl.

Kim loại thường tạo ra các cation (mất electron) trong khi phi kim loại thường tạo ra các anion. Ví dụ, natri tạo ra cation Na trong khi clo tạo ra 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 gọi là năng lượng ion hóa. Nói chung, năng lượng ion hóa thứ n của một nguyên tử là năng lượng cần thiết để loại bỏ electron thứ n sau khi đã loại bỏ n - 1 electron trước đó.

Mỗi mức năng lượng ion hóa kế tiếp thường lớn hơn đáng kể so với mức trước đó. Đặc biệt, sự tăng đột ngột trong năng lượng xảy ra khi các electron của một lớp obitan cụ thể trong nguyên tử đã bị loại bỏ hoàn toàn. Vì lý do này, các cation thường được hình thành bằng cách loại bỏ hết các electron của cùng một lớp obitan. Ví dụ, natri xuất hiện dưới dạng Na, không phải là Na vì cần nhiều năng lượng để ion hóa. Tương tự, magnesi xuất hiện dưới dạng Mg, không phải là Mg, và nhôm có thể tồn tại dưới dạng cation Al. Khi một nhóm nguyên tử nhận thêm electron, chúng cũng trở thành ion, như trong trường hợp SO₄.

Lịch sử

Các ion lần đầu tiên được lý thuyết hóa bởi Michael Faraday vào khoảng năm 1830, để giải thích các thành phần của phân tử di chuyển về phía anion hoặc cation. Tuy nhiên, cơ chế chuyển động này chỉ được mô tả vào năm 1884 bởi Svante August Arrhenius trong luận án tiến sĩ của ông tại Đại học Uppsala. Lý thuyết của ông ban đầu không được chấp nhận (ông nhận học vị tiến sĩ với điểm thấp nhất có thể), nhưng luận án của ông đã giành giải Nobel hóa học vào năm 1903.

Ngôn ngữ học

Thuật ngữ ion được Michael Faraday đặt ra, bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp ἰόν, là dạng hiện tại của ἰέναι, có nghĩa là 'di chuyển', vì vậy có thể hiểu là 'người di chuyển'. Tên gọi này phản ánh xu hướng của các anion di chuyển về phía anốt và các cation di chuyển về phía catốt. Do đó, anion (ἀνιόν) và cation (κατιόν) có nghĩa là '(cái gì đó) đi lên' và '(cái gì đó) đi xuống', trong khi anốt, ἄνοδος, và catốt, κάθοδος, có nghĩa là 'đi lên' và 'đi xuống', lần lượt từ gốc ὁδός, 'con đường'.