Kernkraftwerk Isar, Deutschland

Abgebrannten Kernbrennstoff Pool

Turbine eines Kernkraftwerks

Ion

Ion

In der Physik und Chemie ist ein Ion ein Atom oder Molekül, das keine neutrale elektrische Ladung aufweist. Ein Ion mit einer positiven elektrischen Ladung wird Kation genannt und ein Ion mit einer negativen elektrischen Ladung ist Anion.

Das Gewinnen oder Verlieren von Elektronen (in Bezug auf das neutrale Atom oder Molekül) wird als Ionisation bezeichnet. Kationen und Anionen werden normalerweise mit dem entsprechenden Atomsymbol und dem "+" bzw. "-" Symbol dargestellt. Wenn die Anzahl der gewonnenen oder verlorenen Elektronen größer als eins ist, wird dies ebenfalls angezeigt.

Die Kationen und Anionen werden von der Kathode bzw. der Anode angezogen.

Michael Faraday war der erste, der 1830 die Existenz von Ionen vorschlug, aber es war Arrhenius, der 1884 die entsprechende Theorie entwickelte. Dies brachte ihm 1903 den Nobelpreis für Chemie ein.

Terminologie

Das Phänomen, das einem Atom folgt, das ein oder mehrere Elektronen verliert oder gewinnt, wird als Ionisation bezeichnet. In der Physik werden vollständig ionisierte Atome, wie die von Alpha-Teilchen, üblicherweise geladene Teilchen genannt. Die Ionisierung wird im Allgemeinen durchgeführt, indem Atome mit hoher Energie in Form von elektrischem Potential oder Strahlung beaufschlagt werden. Ein ionisiertes Gas wird Plasma genannt.

Negativ geladene Ionen werden als Anionen bezeichnet (die von Anoden angezogen werden) und positiv geladene Ionen werden als Kationen bezeichnet (und von Kathoden angezogen). Die Ionen sind in Monoatomics und Polyatomics unterteilt.

Ionisierungsenergie

Für einzelne Atome im Vakuum gibt es eine physikalische Konstante, die mit dem Ionisationsprozess verbunden ist. Die Energie, die zur Entfernung von Elektronen aus einem Atom benötigt wird, wird als Ionisierungsenergie oder Ionisierungspotential bezeichnet. Diese Begriffe werden auch zur Beschreibung der Ionisation von Molekülen und Festkörpern verwendet, die Werte sind jedoch nicht konstant, da die Ionisation durch lokale chemische Bindungen, Geometrie und Temperatur beeinflusst wird.

Die Ionisierungsenergie nimmt entlang einer Gruppe von Periodensystemen ab und nimmt während der gesamten Periode von links nach rechts zu. Diese Tendenzen sind genau entgegengesetzt zu denen des Atomstrahls, da der Zweck eines Atoms darin besteht, ein Oktett (dank der Valenzelektronen) zu bilden, bewegt es sich mehr in Richtung der Gruppen auf der rechten Seite des Periodensystems (in Richtung Bei den "Edelgasen" ") finden wir Atome mit einem hohen Ionisierungsenergiewert.

Dies wird als erste Ionisierungsenergie, die zum Entfernen eines Elektrons erforderliche Energie, zweite Ionisierungsenergie, die zum Entfernen von zwei Elektronen erforderlich ist, usw. bezeichnet. Die nachfolgenden Ionisierungsenergien sind immer erheblich größer als die vorherigen. Aus diesem Grund neigen Ionen dazu, sich auf bestimmte Weise zu bilden. Beispielsweise wird Natrium aufgrund der erforderlichen hohen zweiten Ionisierungsenergie, die viel höher als die erste Ionisierungsenergie ist, als Na +, aber normalerweise nicht als Na 2+ gefunden. In ähnlicher Weise wird Magnesium als Mg 2+ und nicht als Mg 3+ gefunden, und Aluminium existiert als Kation 3+

Im Allgemeinen nehmen die Ionisationspotentiale von oben nach unten ab und wachsen im Periodensystem von links nach rechts. Dieser Trend ist das Gegenteil von dem für den Atomradius. Dies liegt daran, dass in kleinen Atomen Elektronen stärker vom Kern angezogen werden und mehr Energie vorhanden ist, um sie zu starten.

Das erste Ionisationspotential wird benötigt, um das erste Elektron eines neutralen Atoms zu starten. Das zweite Potenzial ist dasjenige, das zum Starten von zwei Elektronen usw. benötigt wird. Ionisationspotentiale nehmen allmählich zu. Im Allgemeinen ist irgendwann in der Serie ein beträchtlicher Energiesprung zu verzeichnen. Dies führt dazu, dass jedes Atom dazu neigt, eine bestimmte Art von Kation zu bilden.

Ionisierende Strahlung

Ionisierende Strahlen sind solche, deren Frequenz groß genug ist, um die Atome oder Moleküle der exponierten Substanzen zu ionisieren. Diese Art von Strahlung kann die chemische Struktur der Substanzen, auf die sie einwirken, verändern und langfristig biologische Wirkungen auf Lebewesen haben.

Ein Beispiel für ionisierende Strahlung wäre die Modifikation der DNA der Zellen, diese DNA-Mutationen können zu Krebs führen. Röntgen- und Gammastrahlung wären zwei Beispiele für hochionisierende elektromagnetische Strahlung.

Nichtionisierende Strahlung

Nichtionisierende Strahlen sind solche, deren Frequenz nicht ausreicht, um eine Ionisierung der exponierten Materialien zu verursachen. Als Beispiel für nichtionisierende Strahlung können Mikrowellen- oder Radiowellen genannt werden.

Diese Art von Strahlung hat nicht genug Energie, um DNA-Mutationen direkt auszulösen, und kann daher wahrscheinlich keine Karzinogenese auslösen, könnte aber Promotoren sein. Heute sprechen wir über elektromagnetische Verschmutzung, um die Exposition von Lebewesen oder Geräten gegenüber einem elektromagnetischen Feld zu beschreiben, und die Auswirkungen dieser Exposition auf die Gesundheit oder Fruchtbarkeit werden diskutiert.

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Geändert am: 29. August 2019