1.3.2 离子 - Ions


本节需要读者稍微熟悉有关电荷（Electric charge）的知识。


离子（ion）是失去或得到一个或多个电子的分子或原子。

中性的原子或分子失去n个电子，带有n个正电荷，形成阳离子（cation）。

中性的原子或分子得到n个电子，带有n个负电荷，形成阴离子（anion）。

阳离子和阴离子仍然可以继续得到或失去电子。


在原子符号或分子的分子式右上角标识粒子所带电荷量，以及电荷符号，即为粒子的化学表示方式。如H+（氢离子），O2-（氧离子），Na+（钠离子），K+（钾离子），NH4+（铵（an3）离子），Cl-（氯离子），Mg2+（镁离子），Ca2+（钙离子），Fe3+（铁离子），Fe2+（亚铁离子）Cu2+（铜离子），Cu+（亚铜离子），OH-（氢氧根离子），CO32-（碳酸根离子），HCO3-（碳酸氢根离子），SO42-（硫酸根离子），NO3-（硝酸根离子），PO43-（磷酸根离子）。建议读者用2分钟时间将这些离子符号记熟。

当粒子的电荷量为1时，"1"需省略。

注：虽然离子形式上相当于失去或得到一个或多个电子的分子或原子，但离子并不一定是由分子或原子直接得失电子形成的。比如，虽然有SO42-离子，但没有SO4分子或SO4-离子。


在形成离子时，主族元素（1，2，13，14，15，16，17，18族）的原子倾向于使其价电子层（最外层电子层）达到s亚层和p亚层全满的8电子的稳定结构（若其价电子层为第一层，则为s亚层全满的2电子稳定结构）。这种稳定结构称为八电子规则（八隅律，Octet rule）。副族元素（3，4，5，6，7，8，9，10，11，12族）的原子在达到s亚层和p亚层全满的基础上，倾向于使其d亚层保持全空/半满/全满。


原子的电子亲合能越高，原子就越容易得到电子，原子的第n电离能越低，原子就越容易失去第n个电子。通常来说，只有能量最高的原子轨道参与电子的得失。


对于含有一个原子的离子，也可以写出其电子排布式。

比如，K原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s1。而K+（钾离子）为K原子失去1个电子形成的，其电子排布式为1s22s22p63s23p6。

再比如，Cl原子的电子排布式为1s22s22p63s23p5。而Cl-（氯离子）为Cl原子得到1个电子形成的，其电子排布式为1s22s22p63s23p6。

注：虽然Cl-，Ar，K+（以及Ca2+，Sc3+等）有相同的电子排布式，其化学性质并不相同，因为其所带的电荷种类与数量不同。

思考1：请写出Na+的核外电子排布。

思考2：依据氧离子，氯离子，钾离子，钙离子的电荷数和核外电子排布，猜测硫离子的电荷数和核外电子排布。


思考1答案：

Na+的核外电子排布式：1s22s22p6 或 [Ne]。

思考2答案：

猜测硫离子的电荷数为2-。其核外电子排布式为1s22s22p63s23p6。


对本节内容有贡献的科学家包括：

  • 法拉第：提出“离子”概念

  • 阿伦尼乌斯：发现并正确描述离子（1903年诺贝尔化学奖）