Ионы (от греч. ion — идущий), электрически заряженные частицы, образующиеся при
потере или присоединении электронов (или других заряженных частиц) атомами или
группами атомов. Такими группами атомов могут быть молекулы, радикалы или другие
И. Понятие и термин «И.» ввёл в 1834 М. Фарадей, который, изучая действие
электрического тока на водные растворы кислот, щелочей и солей, предположил, что
электропроводность таких растворов обусловлена движением И. Положительно
заряженные И., движущиеся в растворе к отрицательному полюсу (катоду), Фарадей
назвал катионами, а отрицательно заряженные, движущиеся к положительному полюсу
(аноду), — анионами.
Знак заряда И. обозначают соответственно знаками плюс или минус. Величина
заряда И. кратна заряду электрона: при потере или приобретении атомом 1, 2, 3...
электронов образуются, соответственно, одно-, двух- и трёхзарядные И. (см.
Ионизация), например Na+, Ca2+, Al3+, Cl—, SO42—. И. могут входить в состав
молекул веществ (см. Ионная связь). В виде самостоятельных частиц они
встречаются во всех агрегатных состояниях вещества — в газах (в частности, в
атмосфере), в жидкостях (в расплавах и в растворах), в кристаллах (см. Ионные
кристаллы).
В газах И. образуются большей частью под действием ударов частиц большой
энергии или при фотоионизации под действием ультрафиолетовых, рентгеновских и
гамма-лучей (см. Ионизирующие излучения). Образовавшиеся таким путём И. в
обычных условиях недолговечны вследствие способности соединяться, взаимно
нейтрализуясь. При высокой температуре ионизация атомов и ионов (термическая
ионизация, т. е. термическая диссоциация с отделением электрона) может
происходить также как равновесный процесс, в котором степень ионизации
возрастает с повышением температуры и с понижением давления. Газ переходит при
этом в состояние плазмы.
И. в газах играют большую роль во многих явлениях. В природных условиях
И. образуются в воздухе под действием космических лучей, солнечного излучения
или электрического разряда (молнии). Присутствие И., их вид и концентрация
влияют на многие физические свойства воздуха, на его физиологическую активность
(см. Ионы в атмосфере). На использовании И. основаны многие методы
экспериментального исследования (масс-спектроскопия, применение Вильсона камеры
и др.). И. в газах обладают высокой химической активностью, легко вступая во
взаимодействие с другими частицами и вызывая те или иные химические реакции.
Низкотемпературная плазма, состоящая из ионизированных частиц, используется в
работе магнитогидродинамических генераторов. Высокотемпературная плазма — при
разработке методов осуществления управляемой термоядерной реакции.
И. в растворах см. Электролит, Электролитическая диссоциация, И. в
кристаллах см. Кристаллохимия.
И. в организме — непременные участники обмена веществ. Они, в частности,
участвуют в механизмах, обусловливающих проницаемость биологических мембран, в
регуляции мышечного сокращения, в проведении импульса возбуждения по нервному
волокну и т. д. Постоянно протекающая диссоциация молекул на И. и
противоположный процесс — ассоциация И. в молекулы — так сбалансированы в
организме, что содержание И. в клетках и тканевых жидкостях в норме
поддерживается на определённом уровне (см. Гомеостаз). Однако при некоторых
воздействиях этот уровень может сдвигаться.