Jon – definition och jonisering: typer, egenskaper och exempel
Allt om joner och jonisering: definition, typer, egenskaper och tydliga exempel. Lär dig hur joner bildas, rör sig och påverkar kemi, elektrolyter och plasma.
En jon är en elektriskt laddad atom eller en grupp av atomer (molekyl) som har ett ojämnt antal protoner och elektroner. En atom blir en jon när den förlorar eller tar upp elektroner — processen kallas jonisering.
- neutroner (utan elektrisk laddning)
- protoner (positivt laddade)
- elektroner (negativt laddade)
Olika typer av joner
Joner delas ofta in i två huvudtyper:
- Kationer — positivt laddade joner (har förlorat en eller flera elektroner), exempel: Na+ eller Ca2+.
- Anjoner — negativt laddade joner (har tagit upp en eller flera elektroner), exempel: Cl− eller SO42−.
Det finns både enkla enatomiga joner (t.ex. H+, Cl−) och sammansatta (polyatomära) joner, t.ex. NH4+ (ammonium) eller SO42− (sulfat).
Hur joner bildas (jonisering)
Jonisering kan ske på flera sätt:
- Kemiska reaktioner och elektronöverföring (t.ex. Na → Na+ + e−; Cl + e− → Cl−).
- Termisk jonisering (höga temperaturer ger elektroner tillräcklig energi att lämna atomer).
- Fotojonisering (ljus/fotoner slår bort elektroner).
- Joniserande strålning (t.ex. röntgen eller gammastrålning).
Storleken på den energi som krävs för att avlägsna en elektron kallas joniseringsenergi. Förmågan att ta emot en elektron beskrivs av elektronaffinitet.
Egenskaper och beteende
Grundegenskaper hos joner:
- Laddningen är alltid ett heltal multiplicerat med elementarladdningen; det skrivs som t.ex. +1, −1, +2 osv (t.ex. Ca2+).
- Cationer blir i regel mindre än motsvarande neutral atom (elektronmolnet krymper när en elektron förloras), medan anjoner blir större (elektronmolnet expanderar när en elektron tas upp).
- Olika joner har olika rörlighet i lösningar och gaser; detta påverkar ledningsförmågan.
Joner och elektricitet
En vätska som innehåller joner kallas en elektrolyt. Joner i en elektrolyt bär elektrisk ström genom att fysiskt röra sig mot kontakterna: positiva joner mot katoden och negativa mot anoden. En gas med många joner benämns plasma. I fasta metaller rör sig vanligen inte metalljonerna; istället ger de fria elektronerna upphov till ledningsförmåga. När joner rör sig skapas också magnetfält, eftersom rörliga laddningar ger upphov till magnetiska effekter. Rörelse av laddningar i material är i grunden vad vi kallar elektricitet.
Kemiska bindningar och interaktioner
Motsatt laddade joner attraherar varandra och kan bilda jonbindningar, vilket skapar joniska fasta ämnen (salter) som t.ex. NaCl. Två joner med samma laddning repellerar varandra. Vid kemiska reaktioner bevaras alltid den totala elektriska laddningen — laddningen är en konservativ storhet.
Färg och spektrala egenskaper
Många joner är färglösa i lösning, särskilt enkla joner från huvudgrupperna i det periodiska systemet. Vissa joner ger dock starka färger, och särskilt övergångsmetallerna bildar ofta färgade komplex och joner. Färg uppkommer när elektroner ändrar energinivåer inom atom- eller molekylorbitaler (t.ex. d–d-övergångar hos övergångsmetaller). Exempel: Cu2+ är ofta blågrönt, MnO4− (permanganat) är violett, Fe3+ kan ge gulbruna lösningar.
Exempel på vanliga joner i vardagen och naturen
- Biologiska joner: Na+, K+, Ca2+, Cl− — viktiga för nervsignalering och cellfunktion.
- Industri och teknik: joner i batterier (Li+, H+ i bränsleceller), elektrolys och vattenrening.
- Miljö: lösta salter i havsvatten (Na+, Mg2+, Cl−) och markkemi (t.ex. sulfat och nitrat).
Sammanfattningsvis är joner centrala både i kemi och i många tekniska och biologiska processer. De uppstår när atomer eller molekyler förlorar eller tar upp elektroner, får bestämda heltalsladdningar och visar karakteristiska kemiska och fysikaliska egenskaper som påverkar färg, storlek, ledningsförmåga och bindningsbeteende.
Kemi
Inom fysiken kallas atomkärnor som har joniserats fullständigt för laddade partiklar. Dessa är de som ingår i alfastrålning.
Jonisering sker genom att ge atomer hög energi. Detta sker med hjälp av elektrisk spänning eller genom joniserande strålning med hög energi eller hög temperatur.
En enkel jon bildas av en enda atom.
Fleratomiga joner bildas av ett antal atomer. Fleratomiga joner består vanligtvis av alla icke-metalliska atomer. Men ibland kan den polyatomära jonen också ha en metallatom.
Positiva joner kallas katjoner. De dras till katoder (negativt laddade elektroder). (Kation uttalas "cat eye on", inte "kay shun".) Alla enkla metalljoner är katjoner.
Negativa joner kallas anjoner. De dras till anoder (positivt laddade elektroder). Alla enkla icke-metalliska joner (utom H+, som är en proton) är anjoner (utom NH 4+).
Övergångsmetaller kan bilda mer än en enkel katjon med olika laddningar.
De flesta joner har en laddning på mindre än 4, men vissa kan ha högre laddning.
Michael Faraday var den förste som skrev en teori om joner 1830. I sin teori beskrev han hur de delar av molekylerna såg ut som övergick till anjoner eller katjoner. Svante August Arrhenius visade hur detta skedde. Han skrev detta i sin doktorsavhandling 1884 (Uppsala universitet). Universitetet accepterade inte hans teori till en början (han hade precis tagit sin examen). Men 1903 fick han Nobelpriset i kemi för samma idé.
På grekiska är ion ungefär som ordet "gå". "Anjon" och "katjon" betyder "uppåt och neråt". "Anod" och "katod" betyder "uppåt" och "nedåt".
Gemensamma joner
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Relaterade sidor
Frågor och svar
F: Vad är en jon?
S: En jon är en elektriskt laddad atom eller grupp av atomer. Den kan tillverkas av en atom eller av en grupp atomer (molekyl).
F: Hur skapas joner?
S: Jonerna skapas genom en process som kallas jonisering, vilket innebär att man skapar ett ojämnt antal protoner och elektroner i atomen eller molekylen.
Fråga: Vad är laddningen på en proton?
S: Laddningen på en proton är +1 (positivt laddad).
Fråga: Vad är laddningen på en elektron?
Svar: Laddningen på en elektron är -1 (negativt laddad).
Fråga: Vad händer när joner rör sig?
S: När joner rör sig skapas elektricitet och magnetfält.
Fråga: Är alla joner färglösa?
S: Nej, vissa joner är färgade medan andra är färglösa. Element i huvudgrupperna i det periodiska systemet bildar färglösa joner, medan övergångsmetaller vanligtvis bildar färgade joner.
Sök