Наверняка, каждому из читателей доводилось слышать такие слова, как «плазма», а также «катионы и анионы», это довольно интересная тема для изучения, которая в последнее время довольно прочно вошла в повседневную жизнь. Так, в быту широкое распространение получили так называемые плазменные дисплеи, которые прочно заняли свою нишу в различных цифровых устройствах – начиная от телефонов и заканчивая телевизорами. Но что такое плазма, и какое применение она находит в современном мире? Давайте попробуем ответить на этот вопрос.

Еще с малых лет, в начальной школе рассказывали о том, что существует три состояния вещества: твердое, жидкое, а также газообразное. Повседневный опыт показывает, что это действительно так. Мы можем взять немного льда, растопить его, а затем испарить – все довольно логично.

Важно! Существует четвертое базовое состояние вещества, называемое плазмой.

Однако, прежде чем ответить на вопрос: что же это такое, давайте вспомним школьный курс физики и рассмотрим строение атома.

В 1911 году физиком Эрнстом Резерфордом, после долгих исследований, была предложена так называемая планетарная модель атома. Что же она собой представляет?

По результатам его опытов с альфа-частицами, стало известно, что атом является неким аналогом солнечной системы, где уже ранее известные электроны играли роль «планет», вращаясь вокруг атомного ядра.

Данная теория стала одним из наиболее значимых открытий в физике элементарных частиц. Но на сегодняшний день она признана устаревшей, а ей на замену принята другая, более совершенная, предложенная Нильсом Бором. Еще позднее, с появлением нового ответвления науки, так называемой квантовой физики, была принята теория корпускулярно-волнового дуализма.

В соответствие с ней, большинство частиц одновременно являются не только частицами, но и электромагнитной волной. Таким образом, невозможно на 100% точно указать, в каком месте находится электрон в определенный момент. Имеется возможность лишь предположить, где он может быть. Подобные «допустимые» границы впоследствии получили название орбиталей.

Как известно, электрон обладает отрицательным зарядом, в то время как протоны, находящиеся в ядре, – положительным. Так как число электронов и протонов равно, то атом обладает нулевым зарядом, или же, – электрически нейтрален.

При различных внешних воздействиях атом получает возможность, как терять электроны, так и приобретать их, при этом меняя свой заряд на положительный или отрицательный, становясь при этом ионом. Таким образом, ионы представляют собой частицы с ненулевым зарядом – будь то ядра атомов, или оторванные электроны. В зависимости от заряда, положительного или отрицательного, ионы называются катионами и анионами соответственно.

Какие воздействия могут привести к ионизации вещества? К примеру, этого можно добиться с помощью нагрева. Однако в лабораторных условиях сделать это практически невозможно – оборудование не выдержит таких высоких температур.

Другой не менее интересный эффект можно наблюдать в космических туманностях. Подобные объекты чаще всего состоят из газа. Если поблизости имеется звезда, то ее излучение может ионизировать вещество туманности, в результате чего оно уже самостоятельно начинает излучать свет.

Глядя на эти примеры, можно ответить на вопрос о том, чем является плазма. Итак, ионизируя определенный объем вещества, мы заставляем атомы отдать свои электроны и приобрести положительный заряд. Свободные электроны, обладая отрицательным зарядом, могут либо остаться свободными, либо же присоединиться к другому атому, тем самым изменив его заряд на положительный. Так вещество никуда не уходит, а число протонов и электронов так и остается равным, оставляя плазму электрически нейтральной.

Роль ионизации в химии

Можно с уверенностью сказать, что химия – это, по сути, прикладная физика. И хотя данные науки занимаются изучением совершенно разных вопросов, но законы взаимодействия вещества в химии никто не отменял.

Как было описано выше, электроны имеют свои строго определенные места – орбитали. Когда атомы образуют какое-либо вещество, то они, сливаясь в группу, также «делятся» своими электронами с соседями. И хотя молекула остается электрически нейтральной, одна ее часть может представлять собой анион, а другая — катион.

За примером далеко ходить не требуется. Для наглядности можно взять всем известную соляную кислоту, она же хлороводород – HCL. Водород в данном случае будет обладать положительным зарядом. Хлор же в данном соединении является остатком и называется хлоридом – тут он имеет заряд отрицательный.

На заметку! Довольно легко выяснить какими свойствами обладают те или иные анионы.

Таблица растворимости покажет, какое вещество хорошо растворяется, а какое сразу же вступает во взаимодействие с водой.

Полезное видео: катионы и анионы

Вывод

Мы выяснили, что представляет собой ионизированное вещество, каким законам подчиняется, и какие процессы за этим стоят.

Химия - "волшебная" наука. А где вы еще получите безопасное вещество, соединив два опасных? Речь идет об обыкновенной поваренной соли - NaCl . Рассмотрим подробнее каждый элемент, опираясь на ранее полученные знания об устройстве атома.

Натрий - Na , щелочной металл (группа IA).
Электронная конфигурация: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1

Как видим, натрий имеет один валентный электрон, который он "согласен" отдать, чтобы его энергетические уровни стали завершенными.

Хлор - Cl , галоген (группа VIIA).
Электронная конфигурация: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5

Как видим, хлор имеет 7 валентных электронов и ему "не хватает" одного электрона, чтобы его энергетические уровни стали завершенными.

Теперь догадываетесь, почему так "дружны" атомы хлора и натрия?

Ранее говорилось, что полностью "укомплектованные" энергетические уровни имеют инертные газы (группа VIIIA) - у них полностью заполнены внешние s и p-орбитали. Отсюда они так плохо вступают в химические реакции с другими элементами (им просто не надо ни с кем "дружить", поскольку ни отдавать, ни принимать электроны они "не хотят").

Когда валентный энергетический уровень заполнен - элемент становится стабильным или насыщенным .

Инертным газам "повезло", а что же делать остальным элементам периодической таблицы? Конечно же, "искать" себе пару, подобно дверному замку и ключу - определенному замку соответствует свой ключ. Так и химические элементы, пытаясь заполнить свой внешний энергетический уровень, вступают с другими элементами в реакции, создавая устойчивые соединения. Т.к. заполняются внешние s (2 электрона) и р (6 электронов) орбитали, то данный процесс получил название "правило октета" (октет = 8)

Натрий: Na

На внешнем энергетическом уровне атома натрия находится один электрон. Для перехода в стабильное состояние, натрий должен: либо отдать этот электрон, либо принять семь новых. Исходя из вышесказанного, натрий будет отдавать электрон. При этом у него "исчезает" 3s-орбиталь, а количество протонов (11) будет на один превосходить количество электронов (10). Поэтому, нейтральный атом натрия превратится в положительно заряженный ион - катион .

Электронная конфигурация катиона натрия: Na + 1s 2 2s 2 2p 6

Особо внимательные читатели справедливо скажут, что такая же электронная конфигурация и у неона (Ne). Так что же, натрий превратился в неон? Вовсе нет - не забывайте о протонах! Их по-прежнему; у натрия - 11; у неона - 10. Говорят, что катион натрия является изоэлектронным неону (поскольку их электронные конфигурации одинаковы).

Подведем итог:

• атом натрия и его катион отличаются одним электроном;
• катион натрия имеет меньший размер, поскольку он теряет внешний энергетический уровень.

Хлор: Cl

У хлора ситуация прямо противоположная - на внешнем энергетическом уровне у него находится семь валентных электронов и ему надо принять один электрон, чтобы стать стабильным. При этом произойдут следующие процессы:

• атом хлора примет один электрон и станет отрицательно заряженным анионом (17 протонов и 18 электронов);
• электронная конфигурация хлора: Cl - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6
• анион хлора является изоэлектронным аргону (Ar);
• поскольку внешний энергетический уровень хлора "достроился", то радиус катиона хлора будет немного больше, чем у "чистого" атома хлора.

Поваренная соль (хлорид натрия): NaCl

Исходя из вышесказанного, видно, что электрон, который отдает натрий, становится электроном, который получает хлор.

В кристаллической решетке хлорида натрия каждый катион натрия окружен шестью анионами хлора. И наоборот, каждый анион хлора окружен шестью катионами натрия.

В результате перемещения электрона образуются ионы: катион натрия (Na +) и анион хлора (Cl -). Поскольку противоположные заряды притягиваются, то образуется устойчивое соединение NaCl (хлорид натрия) - поваренная соль .

В результате взаимного притяжения противоположно заряженных ионов, образуется ионная связь - устойчивое химическое соединение.

Соединения с ионными связями называют солями . В твердом состоянии все ионные соединения являются кристаллическими веществами.

Следует понимать, что понятие ионной связи довольно относительно, строго говоря к "чистым" ионным соединениям можно отнести только те вещества, у которых разность в электроотрицателности атомов, которые образуют ионную связь, равна или более 3. По этой причине в природе существует всего с десяток чисто ионных соединений - это фториды щелочных и щелочно-земельных металлов (например, LiF; относительная электроотрицательность Li=1; F=4).

Чтобы не "обижать" ионные соединения, химики договорились считать, что химическая связь является ионной, если разность электроотрицательностей атомов, образующих молекулу вещества равна или более 2. (см. понятие электроотрицательности).

Катионы и анионы

Другие соли образуются по аналогичному принципу, что и хлорид натрия. Металл отдает электроны, а неметалл их получает. Из периодической таблицы видно, что:

• элементы группы IA (щелочные металлы) отдают один электрон и образуют катион с зарядом 1 + ;
• элементы группы IIA (щелочноземельные металлы) отдают два электрона и образуют катион с зарядом 2 + ;
• элементы группы IIIA отдают три электрона и образуют катион с зарядом 3 + ;
• элементы группы VIIA (галогены) принимают один электрон и образуют анион с зарядом 1 - ;
• элементы группы VIA принимают два электрона и образуют анион с зарядом 2 - ;
• элементы группы VA принимают три электрона и образуют анион с зарядом 3 - ;

Распространенные одноатомные катионы

Распространенные одноатомные анионы

Не все так просто с переходными металлами (группа В), которые могут отдавать разное количество электронов, образуя при этом по два (и более) катиона, имеющих разные заряды. Например:

• Cr 2+ - ион двухвалентного хрома; хром (II)
• Mn 3+ - ион трехвалентного марганца; марганец (III)
• Hg 2 2+ - ион двухатомной двухвалентной ртути; ртуть (I)
• Pb 4+ - ион четырехвалентного свинца; свинец (IV)

Многие ионы переходных металлов могут иметь разную степень окисления.

Ионы не всегда бывают одноатомными, они могут состоять из группы атомов - многоатомные ионы . Например, ион двухатомной двухвалентной ртути Hg 2 2+ : два атома ртути связаны в один ион и имеют общий заряд 2 + (каждый катион имеет заряд 1 +).

Примеры многоатомных ионов:

• SO 4 2- - сульфат
• SO 3 2- - сульфит
• NO 3 - - нитрат
• NO 2 - - нитрит
• NH 4 + - аммоний
• PO 4 3+ - фосфат

В обычных условиях молекулы и атомы воздуха нейтральны. Однако при ионизации, которая может происходить посредством обычного излучения, ультрафиолетовой радиации или же посредством простого удара молнии, молекулы воздуха теряют часть вращающихся вокруг атомного ядра отрицательно заряженных электронов, которые в дальнейшем присоединяются к нейтральным молекулам, придавая отрицательный заряд. Такие молекулы мы и называем анионами. У анионов нет цвета и запаха, а наличие отрицательных электронов на орбите позволяет им притягивать из воздуха различные микрочастицы, удаляя таким образом из воздуха пыль и убивая микробы. Роль анионов в составе воздуха сопоставима со значением витаминов для питания человека. Именно поэтому анионы также называют «воздушными витаминами», «элементом долголетия» и «очистителем воздуха».
Хотя полезные свойства анионов оставалась долгое время в тени, они крайне важны для человеческого здоровья. Мы не можем позволить себе пренебрегать их целебными свойствами.
Так, анионы могут аккумулировать и нейтрализовать пыль, уничтожать вирусы с положительно заряженными электронами, проникать в клетки бактерий и уничтожать их, предотвращая, таким образом, негативные последствия для человеческого организма. Чем больше в воздухе анионов, тем меньше в нем микробов (когда же концентрация анионов достигает определенного уровня, то содержание микробов и вовсе сводится к нулю).
Содержание анионов в 1 кубическом сантиметре воздуха следующее: 40-50 анионов в жилых помещениях города, 100-200 анионов в городском воздухе, 700-1000 анионов в открытом поле и более 5000 анионов в горных долинах и лощинах. Здоровье людей напрямую зависит от содержания анионов в воздухе. Если в попадающем в человеческое тело воздухе содержание анионов слишком низкое, то человек начинает судорожно дышать, может почувствовать усталость, головокружение, головную боль или даже впасть в депрессию. Все это поддается лечению при условии, что содержание анионов в поступающем в легкие воздухе составляет 1200 анионов на 1 кубический сантиметр. Если содержание анионов внутри жилых помещений повысить до 1500 анионов на 1 кубический сантиметр, то ваше самочувствие сразу улучшится; вы начнете работать с удвоенной энергией, повышая тем самым производительность труда. Таким образом, анионы - это незаменимый помощник в укреплении человеческого здоровья и продления жизни.
Всемирная Организация Здравоохранения установила, что минимальное содержание анионов в свежем воздухе составляет 1000 анионов на 1 кубический сантиметр. При определённых условиях состояния окружающей среды (например, в горных областях), люди могут за всю жизнь не подвергнуться внутреннему воспалению или заражению. Как правило, такие люди живут долго и остаются здоровыми всю жизнь, что является результатом достаточного содержания анионов в воздухе.
В последние годы во всем мире возрос интерес к лечебным и гигиеническим свойствам анионов. После многолетних исследований сотрудники компании "Виналайт" ("WINALITE") (г. Шэньчжэнь) разработали уникальные прокладки лечебно-профилактического действия. Усовершенствовав обычные прокладки и встроив в них высокотехнологичные ионизаторы, мы получили национальный патент на производство данного вида продукции. Анионовый чип в прокладках "Love Moon " может генерировать до 5800 анионов на 1 кубический сантиметр; он эффективно устраняет бактерии и вирусы, способные привести к воспалению женской сферы (вагиниту), а также предотвращает их повторное появление.
Почти все женские болезни бывают вызваны анаэробными бактериями. Когда анионовый чип генерирует поток анионов высокой плотности, в то же время выделяется ионизированный кислород, который нейтрализует неблагоприятную анаэробную среду, активизирует работу ферментов, устраняет воспаление, нормализует кислотно-щелочной баланс. В то же время при нормальной температуре материал анионового чипа способен выделять полезные для человеческого организма магнитные волны длиной 4-14 микронов, интенсивностью свыше 90%, которые активируют молекулы воды в клетках, стимулируя процесс синтеза ферментов.
Таким образом, на основе исключительно физического воздействия, достигается эффект уничтожения бактерий и устранения неприятного запаха, что позволяет заботиться о женском здоровье с помощью высоких технологий.
Анионовые прокладки "

АНИОНЫ (отрицательные ионы) Что такое анионы? Как анионы влияют на организм человека?

Что такое анионы?

Молекулы и атомы воздуха, в обычных условиях, нейтральны. Но при ионизации воздуха, которая может произойти посредством обычного излучения, микроволновой радиации, ультрафиолетовой радиации иногда просто посредством простого удара молнии. Воздух разряжается - молекулы кислорода теряют часть отрицательно заряженных электронов, вращающихся вокруг атомного ядра, которые в дальнейшем находят и присоединяются к любым нейтральным молекулам, придавая им отрицательный заряд. Такие отрицательно заряженные молекулы называют анионами. Человек не может существовать без анионов как и любое другое живое существо.

Аромат свежего воздуха - наличие анионов мы чувствуем в воздухе живой природы: высоко в горах, у моря, сразу после дождя - в это время хочется дышать полной грудью, вдыхать эту чистоту и свежесть воздуха. Анионы (отрицательно заряженные ионы) воздуха называют воздушными витаминами. Анионы лечат заболевания бронхов, легочной системы человека, являются мощным средством профилактики любых заболеваний, повышают иммунитет человеческого организма. Отрицательные ионы (Анионы) способствуют очищению воздуха от бактерий, микробов, болезнетворной микрофлоры и пыли, доводя число бактерий и пылинок до минимума, а иногда и до нуля. Анионы хорошо оказывают длительное очищающее обеззараживающее действие на микрофлору окружающего воздуха

Здоровье человека напрямую зависит от количественного содержания анионов в окружающем воздухе. Если в окружающем пространстве в воздухе, попадающем в человеческий организм, анионов содержится слишком мало, то человек начинает дышать судорожно, может почувствовать усталость, начинающиеся головокружение и головную боль или даже впасть в депрессию. Все эти состояния поддаются лечению, если содержание анионов в поступающем в легкие воздухе составляет минимум 1200 анионов на 1 кубический сантиметр. Если увеличить содержание анионов внутри жилых помещений до 1500-1600 анионов на 1 кубический сантиметр, то самочувствие живущих или работающих там людей резко улучшится; Вы начнете чувствовать себя очень хорошо, работать с удвоенной энергией, повышая тем самым свою производительность и качество труда.

При непосредственном контакте анионов с кожей, благодаря высокой проникающей способности отрицательных ионов, у человека в организме происходят сложные биохимические реакции и процессы, которые способствуют:

общему укреплению человеческого организма, иммунитета и поддержанию энергетического статуса организма в целом

улучшению кровоснабжения всех органов, улучшение мозговой деятельности, профилактике кислородной недостаточности головного мозга,

Анионы улучшают работу сердечной мышцы, тканей почек и печени

анионы способствуют усилению микроциркуляции крови в сосудах, повышению эластичности тканей

отрицательно заряженные частицы (Анионы) предотвращают старения организма

анионы способствуют активизации противоотечного и иммуномодулирующего действия

анионы помогают против РАКа, опухолей, повышают собственную противоопухолевую защиту организма

при увеличении анионов в воздухе улучшается проводимости нервных импульсов

Таким образом следует:

Анионы (отрицательные ионы) - это незаменимый помощник в укреплении человеческого здоровья и продления его жизни

Классификация катионов и анионов.

Методы анализа.

Аналитическая химия – наука об определении химического состава вещества.

Аналитическая химия и ее методы широко применяются на предприятиях общественного питания и пищевой промышленности для осуществления контроля качества сырья, полуфабрикатов, готовой продукции; определения сроков реализации и условий хранения продукции.

В аналитической химии различают количественный и качественный анализ. Задача количественного анализа - определение относительного количества элементов в соединениях или химических соединений в смесях; задача качественного анализа - обнаружить присутствие элементов в соединениях или химических соединений в смесях.

История развития аналитической химии.

Изначально с помощью качественного анализа определяли свойства некоторых минералов. Количественный анализ применялся в пробирном деле (определение благородных металлов) - Древняя Греция, Египет. В 9-10веке методы пробирного дела применялись для определения благородных металлов в Киевской Руси.

Аналитическая химия как наука начинает развиваться с середины 17 века.

Впервые основы качественного анализа изложил английский ученый Р.Бойль, он же ввел термин «химический анализ». Р.Бойль считается родоначальником научной аналитической химии.

Законы количественного анализа изложил Ломоносов в середине 17 века. Ломоносов впервые начал применять взвешивание исходных веществ и продуктов реакции.

К середине ХIХ века оформились титриметрические и гравиметрические методы анализа, методы газового анализа.

Первый учебник по аналитической химии появился в России в 1871 г. Автор этого учебника – русский химик Н.А. Меншуткин.

Во второй половине ХХ века появилось много новых методов анализа: рентгеновские, масс-спектральные и т.д.

Классификация методов анализа, применяемых в аналитической химии.

Аналитическая химия включает два основных раздела: количественный анализ и качественный анализ.

Методы качественного анализа:

Ø Химические

Ø Физико-химические

Ø Физические

Химический анализ:

Ø «сухим» путем

Ø «мокрым» путем

«Сухой» путь – химические реакции, которые идут при накаливании, сплавлении, окрашивании пламени.

Пример : окрашивание пламени катионами металлов (натрий – желтый, калий – розово-фиолетовый, кальций – оранжево-красный, медь – зеленый и т.д.), которые образуются при электролитической диссоциации солей:

NaCl → Na + + Cl -

K 2 CO 3 → 2K + + CO 3 2-

«Мокрый» путь – химические реакции в растворах электролитов.

Также в качественном анализе в зависимости от количества исследуемого вещества, объема раствора, техники выполнения различают:

1) макрометод: сравнительно большие навески (0,1 г и более) или большие объемы растворов (10 мл и более) исследуемого вещества. Этот метод наиболее удобен в определении.

2) микрометод: навески от 10 до 50 мг и объемы раствора до нескольких мл.

3) полумикрометод: навески 1-10 мг и объемы раствора около 0,1 – 1 мл.

Микрометод и полумикрометод обладают двумя несомненными достоинствами:

1. Большая скорость выполнения анализа

2. Небольшое требуемое количество анализируемого вещества.

Физико-химические методы анализа:

Ø колориметрические (сравнение окраски двух растворов)

Ø нефелометрические (помутнение исследуемого раствора от действия каких-то реагентов)

Ø электрохимические (момент окончания реакции определяют по изменению электропроводности раствора, потенциала электродов в исследуемом растворе)

Ø рефрактометрические (определяют показатель преломления)

Физические методы анализа:

Ø спектральный анализ (изучение спектров излучения или поглощения)

Ø люминесцентный (изучение характера свечения вещества под действием УФ)

Ø масс-спектрометрический

Ø рефрактометрический

Для обнаружения ионов в растворах в аналитической химии используют аналитические реакции.

Аналитическая реакция – химическое превращение, при котором исследуемое вещество переводят в новое соединение с характерным признаком.

Признаки аналитической реакции:

Ø Выпадение осадка

Ø Растворение осадка

Ø Изменение цвета

Ø Выделение газообразного вещества

Условия аналитической реакции:

Ø Быстрое протекание

Ø Специфичность

Ø Чувствительность

Чувствительная реакция – реакция, при помощи которой можно обнаружить наименьшее количество вещества из наименьшего количества раствора.

Чувствительная реакция характеризуется:

1. Открываемым минимумом (наименьшее количество вещества, которое может быть обнаружено данной реакцией)

2. Минимальной концентрацией (отношение массы определяемого вещества к массе или объему растворителя).

Специфичной называется реакция, при помощи которой можно открыть ион в присутствии других ионов по специфичному изменению цвета, образованию характерного осадка, выделению газа и т.д.

Пример: ион бария обнаруживают хроматом калия К 2 СгО 4 (выпадает ярко-желтый осадок).

На специфичных реакциях основан анализ, называемый дробным . С помощью дробного анализа можно открывать ионы в любой последовательности, используя специфичные реакции.

Однако специфичных реакций известно мало, чаще реактивы взаимодействуют с несколькими ионами. Такие реакции и реактивы называются общими . В этом случае применяют систематический анализ. Систематический анализ - определенная последовательность обнаружения ионов, находящихся в смеси. Ионы, составляющие смесь, разделяют на отдельные группы, из этих групп каждый ион выделяют в строго определенной последовательности, а затем открывают этот ион наиболее характерной реакцией. Реакции, характерные для одного иона, называются частными .

Классификация катионов и анионов.

В основу классификации ионов в аналитической химии положено различие в растворимости образуемых ими солей и гидроксидов.

Аналитическая группа – группа катионов или анионов, которая с каким-то одним реактивом дает сходные аналитические реакции.

Классификации катионов:

Ø сульфидная, или сероводородная,– является классической, разработал Меншуткин Н.А.;

Ø кислотно-основная и т.д.

Сульфидная классификации катионов основана на отношении катионов к сульфид-иону:

1) Катионы, осаждаемые сульфид-ионом

2) Катионы, не осаждаемые сульфид-ионом.

Каждая группа имеет свойгрупповой реактив – реактив, используемый для открытия одной группы ионов и образующий осадок с ионами данной группы (Ва 2+ + SО 4 2- → ВаSО 4 ↓)

Определение катионов проводят систематическим анализом .