Et ion er et atom eller et molekyl som er elektrisk ladet, enten negativt eller positivt.
Når et atom mister ett eller flere elektroner, blir det til et positivt ion (kation). Når et atom mottar ett eller flere elektroner, blir det til et negativt ion (anion). Hvis man har vanlig bordsalt (natriumklorid) i vann, løser det seg opp til natrium-ioner (Na+) og klorid-ioner (Cl-).
Når et atom mister ett eller flere elektroner, blir det til et positivt ion (kation). Når et atom mottar ett eller flere elektroner, blir det til et negativt ion (anion).
Et positivt ion og et negativt ion kan danne en ionebinding. Et eksempel er natriumklorid (NaCl), også kjent som bordsalt, som består av natriumioner (Na+) og kloridioner (Cl–).
Et salt består av kationer og anioner. Vanlig bordsalt består av natrium-ioner (Na+) og klorid-ioner (Cl–). Hvert natriumatom har avgitt ett elektron til ett kloratom, slik at begge har blitt elektrisk ladete. Et positivt ion og et negativt ion tiltrekker hverandre elektrisk og danner en ionebinding.
Ionene i et salt danner et gitter, også kalt en krystall. I saltkrystallen er alle kationer (Na+) og anioner (Cl–) plassert regelmessig i forhold hverandre i tre dimensjoner med annethvert kation og annenhvert anion. På denne måten blir den elektriske tiltrekningen størst mulig, samtidig som frastøtningen blir så liten som mulig. Ettersom mengden av de positive og negative ladningene er like store, er en saltkrystall elektrisk nøytral.
Når et salt løses opp i vann, brytes ionebindingene og ionene frigjøres i løsningen. Det kalles dissosiasjon. Vanlig bordsalt, natriumklorid, danner natriumioner (Na+) og kloridioner (Cl–) når det løses i vann. Na+ er da kationer, mens Cl- er anioner.
Dersom en slik saltløsning plasseres i et elektrisk felt, som ved elektrolyse, vil de positivt ladete natriumionene (kationene) vandre mot den negative elektroden (katoden), mens de negativt ladde kloridionene (anionene) vil vandre mot den positive elektroden (anoden). Det er denne vandringen som har gitt opphavet til begrepet ion.
En rekke kjemiske forbindelser som syrer, baser og salter, dissosierer til ioner i vann. Natriumklorid dissosierer fullstendig:
\[\ce{NaCl -> Na^{+} + Cl^{-}}\]
Fullstendig dissosiasjon betyr at det i løsningen ikke finnes noe natriumklorid. Alle atomene er løst fra gitterstrukturen.
Sterke syrer, som saltsyre, dissosierer også fullstendig til ionene H:
\[\ce{HCl -> H^{+} + Cl^{-}}\]
Svake syrer, som eddiksyre, dissosierer bare delvis:
\[\ce{CH3COOH -> H^{+} + CH3COO^{-}}\]
CH3COO–-ionet kalles acetat, etter det latinske navnet for eddiksyre, acetum. Delvis dissosiasjon vil si at i løsningen foreligger det både eddiksyre og acetat.
En sterk base, som natriumhydroksid, dissosierer fullstendig:
\[\ce{NaOH -> Na^{+} + OH^{-}}\]
Rent vann (H2O) er meget svakt dissosiert i hydrogenioner (H+) og hydroksylioner (OH–). Konsentrasjonen av \(\ce{H^{+}}\)-ionene er da 10-7 molar, det vil si at pH er 7.
Frie kationer i gassfasen dannes ved å tilføre nøytrale forbindelser tilstrekkelig energi til at ett eller flere elektroner frigjøres, for eksempel:
\[\ce{Na + energi -> Na^{+} + e^{-}}\]
Energien tilføres da ved å bombardere natrium med energirike elektroner eller gjennom lys med tilstrekkelig kort bølgelengde. Frie anioner dannes på lignende vis, men krever mindre energi. Noen molekyler og atomer har til og med den egenskapen at de danner anioner ved spontant å fange opp langsomme (termiske) elektroner.
Ved å analysere i hvilken grad frie ioner i et vakumkammer avbøyes i elektriske eller magnetiske felt, er det mulig å måle massen (vekten) av ionene. Dette prinsippet utnyttes innen massespektrometri, som er en viktig metode for både kvalitativ og kvantitativ kjemisk analyse. En finner ellers frie ioner i for eksempel flammer, lysrør og i den ytre atmosfære (ionosfæren).
Elektrokjemi er den del av kjemien som beskriver vekselvirkningen mellom elektrisitet og kjemisk forbindelser. Dette omfatter blant annet elektrolyse, korrosjon og batteriteknologi. Ved elektrolyse av en løsning av natriumklorid vil det skje reduksjon ved katoden og oksidasjon ved anoden. Det betyr at natriumionene blir til uladd natrium-metall, mens kloridionene blir til uladd klorgass:
Katodereaksjon: \(\ce{Na+ + e^{-} -> Na}\)
Anodereaksjon: \(\ce{2Cl^{-} -> Cl2 + 2 e^{-}}\)
Denne prosessen er den motsatte av den naturlige, og krever tilførsel av energi. Energien tilføres ved at det settes på en elektrisk spenning mellom anoden og katoden. Anode og katode kalles med et fellesnavn elektroder. Reaksjoner der elektroner (e–) inngår i reaksjonsligningen, såkalte elektrodereaksjoner eller halvreaksjoner, står sentralt i elektrokjemien.
Utvikling av batteriteknologi har vært et viktig forskningsområde innen elektrokjemi siden slutten av 1700-tallet. I dag arbeides det mye med å finne frem til forbedrete batterityper, som litiumionebatterier og natriumionebatterier til bruk i elektronikk og til motordrift. Når en lader opp et litiumionebatteri vil Li+-ioner omdannes til litium-metall (Li), litt forenklet:
\[\ce{Li+ + e^{-} -> Li}\]
Når batteriet er i bruk vil det utlades:
\[\ce{Li ->Li+ + e^{-}}\]
Ioner spiller en stor rolle i fysiologiske prosesser i alle levende vesener. En riktig balanse mellom mengden av essensielle ioner som Na+, K+og Cl– både inni cellene og mellom cellene og væsken som omgir cellene, er helt nødvendig for å opprettholde livsprosessene. Proteiner bærer mange elektriske ladninger, både positive og negative, men de fleste har et overskudd av negative ladninger under fysiologiske forhold (pH nær 7). Transport av ioner skjer gjennom egne ionekanaler som åpnes og stenges etter behov, styrt av cellenes signalsystemer.
Grunnlaget for elektrokjemien ble lagt av Luigi Galvani og Allesandro Volta helt på slutten av 1700-tallet, og Volta konstruerte da det første batteriet. Michael Faraday innførte begrepet 'ion' i 1834 da han studerte elektrolyse, som også er et begrep innført av Faraday. Dissosiasjonsteorien stammer fra den svenske vitenskapsmannen Svante Arrhenius som forklarte den i en avhandling i 1884.
Kommentarer (2)
skrev Jakob Breyholtz
Hei, hvordan blir et ion dannet?
svarte Anne Eilertsen
Hei! Ioner dannes når syrer, baser og salter blir løst opp i vann eller et annet løsemiddel (dissosiasjon). De kan også for eksempel dannes på grunn av ioniserende stråling, som vi har egen artikkel om: https://snl.no/ioniserende_str%C3%A5ling
Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.
Du må være logget inn for å kommentere.