Аніон
Аніо́н (від грец. ἀνιών — висхідний) — атом, радикал або молекула, які набули негативного електричного заряду внаслідок надлишку електронів (електронної густини) порівняно з кількістю позитивних елементарних зарядів.
Зміст
Історична довідка
Термін «аніон» запропоновано 1834 філософом, теологом, англіканським священиком, істориком науки, енциклопедистом В. Вевеллом з Трініті-коледжу в Кембриджському університеті й уведено в ужиток М. Фарадеєм у процесі дослідження явищ у розчинах електролітів під час електролізу.
Характеристика
Позначення на письмі
На письмі аніон позначають після символу атома або групи атомів знаком мінус (-) і цифрою — кількістю елементарних зарядів, наприклад:
тощо.
Властивості
В електричному полі аніони переміщуються до анода. Аніон є одним з двох видів йонів, інший — катіон. Природа заряду аніона дискретна, тобто він кратний заряду електрона q = N(e ̅), де N — ціле число. Розмір аніона зазвичай більший порівняно з катіоном. Це зумовлено тим, що надлишкова електронна густина характерна для атомів неметалічних елементів з високим значенням електронегативності. Згідно зі законом збереження заряду, появу кожного позитивного заряду завжди супроводжує поява рівного за абсолютним значенням негативного заряду. Ні позитивний, ні негативний заряд не можуть зникнути окремо один від одного, лише взаємно нейтралізувати один одного, якщо рівні за абсолютним значенням. Тому аніон не може існувати самостійно без протилежно зарядженого катіона. Винятком є аніон-радикали, тривалість життя яких може становити до кількох секунд. Такі радикали називають вільними.
Утворення
Аніони утворюються під дією йонізувальної радіації, високих температур у розплавах солей, а також у результаті взаємодії солей, лугів, кислот з розчинником. Аніони є в розчинах більшості солей, лугів і кислот, у йонних рідинах, у розплавах багатьох неорганічних речовин, у йонізованих газах, а також у йонних кристалічних ґратках, наприклад, у кристалах натрій хлориду, калій хлориду, магній сульфату тощо.
Зазвичай аніони утворюються в результаті приєднання електрона (електронів) від атома або молекули з утворенням енергетично стійких електронних оболонок. Прості аніони найлегше утворюють р-елементи 7 групи внаслідок високої спорідненості до електрона. Приєднання електрона до атомів Оксигену, Сульфуру, Карбону та деяких інших елементів супроводжується виділенням енергії. Наприклад:
В атома Хлору на зовнішньому енергетичному рівні розташовано сім валентних електронів, тож йому потрібно прийняти електрон, щоб стати стабільним аніоном з електронною конфігурацією 1s22s22p63s23p6. Оскільки аніон хлору є ізоелектронним до атома Аргону, а зовнішній енергетичний рівень атома хлору «добудувався», то радіус аніона Хлору буде трохи більший, ніж у його атома. Приклади простих аніонів: F-, Cl-, I-, S2- тощо.
Аніони кислотних залишків утворюються внаслідок електролітичної дисоціації кислот і солей. У формулах цих речовин його записують на другому місці — після катіона). Гідроксид-аніон ОН- — складник неорганічних основ, амфотерних гідроксидів і осно́вних солей: NaOH, Zn(OH)2, Cu2(OH)2CO3. Аніони, утворені атомами одного хімічного елемента, називають простими (Br-, S2-, N3-), атомами різних хімічних елементів — складними .
Аніон-радикали
Аніон-радикал — це хімічна сполука з неспареним електроном і негативним електричним зарядом. Аніон-радикали утворюються внаслідок одноелектронного відновлення нейтральних молекул. Перша згадка (1867) про аніон-радикали (АР) належить П. Е. М. Бертло, який спостерігав утворення забарвленого продукту в результаті взаємодії розплавленого калію з нафталеном (нафталіном). Поміж аніон-радикалів є неорганічній й органічні.
Найвідомішим неорганічним аніон-радикалом є супероксид-аніон (супероксидний радикал, супероксидний аніон) — йон молекули кисню з неспареним електроном. Він утворюється внаслідок захоплення молекулою кисню додаткового електрона й часткового відновлення її. Найчастіше його поява зумовлена дією йонізувального випромінення. Наприклад, частинка є вільним короткоживучим радикалом, здатним спонтанно дисмутувати з водою, унаслідок чого утворюються кисень та гідроген пероксид.
Органічні аніон-радикали — це аніон-радикали органічних сполук. Найвідомішим є аніон-радикал семіхінону, який утворюється внаслідок окисно-відновної реакції між гідрохіноном та хіноном:
Аніонні комплекси
Аніонні комплекси мають негативний заряд й утворюються, якщо навколо позитивного йона координовано прості або складні аніони, тобто комплексоутворювачем є атом з позитивним ступенем окиснення, а лігандами — атоми з негативним ступенем окиснення. Приклади аніонних комплексів: K2[BeF4] — калійтетрафлуороберилат(II), Li[AlH4] —літійтетрагідридоалюмінат(III), K3[Fe(CN)6] — калійгексаціаноферат(III)
Схема утворення комплексного аніона [CuCl4]2- — простий приклад формування складного йона з негативним зарядом. Електронна структура атома міді така:
1s22s22p63s23p63d104s1
Коли утворюється йон Cu2+ , атом міді втрачає 4s-електрон та 3d- електрон:
1s22s22p63s23p63d9.
Зв’язування чотирьох хлорид-йонів як лігандів відбувається з використанням порожніх 4s- та 4p-орбіталі (у гібридизованій формі) для прийняття одиничної пари електронів з кожного хлорид-йона. Оскільки хлорид-аніони більші за молекули води, то розміщення шести таких йонів навколо центрального йона неможливе. Максимально навколо нього може розміститися чотири аніони хлору.
Тільки одна з чотирьох пар кожного хлорид-аніона бере участь в утворенні такого комплексу. Інші три координуються навколо йона міді й не беруть участі у зв’язуванні, утворюється складний аніон:
У такого комплексного аніона є два елементарні негативні заряди, які утворилися внаслідок поєднання 2-х позитивних зарядів йона міді та 4-х негативних зарядів хлорид-йонів. У цьому випадку координаційне число міді дорівнює чотирьом.
Значення
Аніони слабких кислот ― гідрогенкарбонат-аніон , гідрогенортофосфат-аніон беруть участь у підтримуванні кислотно-лужного балансу клітини, тобто водневого показника її середовища. Аніон-радикали є проміжними частинками багатьох реакцій, наприклад, нуклеофільного заміщення в ароматичному ядрі. Застосовують органічні аніон-радикали у препаративній хімії як ініціатори аніонної полімеризації та м’які відновлювальні агенти.
Література
- Вигнер E. Этюды осимметрии. Москва : Мир, 1971. 330 с.
- Spinks J. W., Woods R. J. An Introduction to Radiation Chemistry. 3rd ed. New York; Toronto : John-Wiley and Sons, 1990. 574 р.
- Sutton С. Words, Science and Learning. Buckingham : Open University Press, 1992. 118 р.
- Дамаскин Б. Б., Петрий О. А., Цирлина Г. А. Электрохимия. Москва : Химия ; КолосС, 2006. 672 с.
- Endres F., Abedin S. Air and Water Stable Ionic Liquids in Physical Chemistry // Physical Chemistry Chemical Physics. 2006. № 8 (18). P. 2101–2116.
- Handbook of Chalcogen Chemistry: New Perspectives in Sulfur, Selenium and Tellurium Complete Set / Ed. by F. Devillanova, W.-W. Du Mont. 2nd ed. Cambridge : Royal Society of Chemistry, 2013. 1024 p.
- IUPAC. Compendium of Chemical Terminology. Gold Book. Oxford : Blackwell Scientific Publications, 2014. 1670 p.
Автор ВУЕ
Покликання на цю статтю: Першина К. Д. Аніон // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Аніон (дата звернення: 10.05.2024).
Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено: 25.02.2020
Важливо!
Ворог не зупиняється у гібридній війні і постійно атакує наш інформаційний простір фейками.
Ми закликаємо послуговуватися інформацією лише з офіційних сторінок органів влади.
Збережіть собі офіційні сторінки Національної поліції України та обласних управлінь поліції, аби оперативно отримувати правдиву інформацію.
Отримуйте інформацію тільки з офіційних сайтів
Офіс Президента України
Верховна Рада України
Кабінет Міністрів України
Служба безпеки України
Міністерство оборони України
Міністерство внутрішніх справ України
Національна поліція України
