आयन: Difference between revisions

Revision as of 13:01, 2 November 2022

एक आयन ^[1] शुद्ध विद्युत आवेश वाला एक परमाणु या अणु है।

एक इलेक्ट्रॉन का आवेश परिपाटी द्वारा ऋणात्मक माना जाता है तथा यह आवेश एक प्रोटॉन के आवेश के समान एवं विपरीत होता है, जिसे परिपाटी द्वारा धनात्मक माना जाता है। एक आयन का शुद्ध आवेश शून्य नहीं होता है क्योंकि उसके इलेक्ट्रान की कुल संख्या उसके प्रोटोन की कुल संख्या के असमान होती है।

एक धनायन धनावेशित आयन होता है जिसमें प्रोटॉन की तुलना में इलेक्ट्रॉन कम होते हैं^[2] जबकि एक ऋणायन ऋणावेशित आयन होता है जिसमें प्रोटॉन की तुलना में इलेक्ट्रॉनों अधिक होते हैं।^[3] विपरीत विद्युत आवेश स्थिर वैद्युत बल द्वारा एक दुसरे की ओर आकर्षित होते हैं, इसलिए धनायन तथा ऋणायन एक दूसरे को आकर्षित करते हैं तथा आसानी से आयनिक यौगिक बनाते हैं।

केवल एक परमाणु वाले आयनों को परमाणु या एक परमाणुक आयन कहा जाता है, जबकि दो या दो से अधिक परमाणु आणविक आयन या बहुपरमाणुक आयन बनाते हैं। एक द्रव (गैस या तरल) में भौतिक आयनीकरण की परिस्थिति में, "आयन जोड़े" स्वतः अणु टकराव द्वारा बनते हैं, तथा जहां प्रत्येक उत्पन्न जोड़ी में एक मुक्त इलेक्ट्रॉन तथा एक धनात्मक आयन होता है।^[4] आयनों की रचना रासायनिक अंतःक्रियाओं द्वारा भी की जाती है जैसे द्रवों में नमक के विघटन द्वारा, या दुसरे माध्यमों से, जैसे एक चालक विलयन में दिष्‍ट धारा को प्रवाहित करके या आयनीकरण द्वारा ऋणायन को भंग करके।

खोज का इतिहास

आयन शब्द यूनानी शब्द आयीएनाइ (यूनानी रूप: ἰέναι) के नपुंसक लिंगीय वर्तमान कालिक विशेषण से निर्मित हुआ शब्द है जिसका अर्थ होता है "चल देना"। कैटायन (धनायन) का अर्थ होता है "कोई ऐसी वस्तु जो नीचे जाती हो" (यूनानी रूप: κάτω जिसका उच्चारण काटो' तथा अर्थ 'नीचे ' होता है) तथा एनायन (ऋणायन) का अर्थ होता है "कोई ऐसी वस्तु जो ऊपर जाती हो" (यूनानी रूप: ano ἄνω जिसका अर्थ ऊपर ' होता है)। ऐसा इसलिए कहते हैं क्यूंकि आयन विपरीत आवेश के इलेक्ट्रोड की दिशा में चलते हैं। इस शब्द का प्रयोग अंग्रेज़ भौतिक एवं रसायन शास्त्री माइकल फैराडे द्वारा १८३४ में (अंग्रेज़ बहुज्ञ विलियम व्हीवेल के एक सुझाव के उपरान्त), तत्कालीन अज्ञात, एक ऐसी प्रजाति के लिए किया गया जो किसी तरल माध्यम में एक इलेक्ट्रोड से दुसरे इलेक्ट्रोड की दिशा में चलती है।^[5]^[6] फैराडे को इन प्रजातियों के गुणों का पता नहीं था, लेकिन वह जानते थे कि चूंकि धातुएं एक इलेक्ट्रोड पर विघटित हो कर विलयन में प्रवेश करती हैं तथा दूसरे इलेक्ट्रोड पर विलयन से नई धातु निकलती है; इसलिए किसी प्रकार का पदार्थ विलयन में एक धारा में द्रवित हुआ है। यह पदार्थ को एक स्थान से दूसरे स्थान तक पहुँचाता है। फैराडे के साथ पत्राचार में, व्हीवेल ने एनोड (धनाग्र) तथा कैथोड (ऋणाग्र) शब्दों कि रचना की, साथ ही क्रमशः इनकी ओर आकर्षित होने वाले आयनों, एनायन (ऋणायन) एवं कैटायन (धनायन) शब्दों कि भी रचना की।^[7]

स्वान्ते अरहेनियस ने अपने 1884 के शोध प्रबंध में इस तथ्य की व्याख्या की कि ठोस क्रिस्टलीय लवण विघटित होने पर युग्मित आवेशित कणों में वियोजित हो जाते हैं। इसके लिए उन्हें १९०३ में रसायन विज्ञान के नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया।^[8] अरहेनियस की व्याख्या यह थी कि एक घोल बनाने में लवण, फैराडे द्वारा आविष्कारित आयनों में अलग हो जाता है अतः उन्होंने प्रस्तावित किया कि आयन विद्युत प्रवाह की अनुपस्थिति में भी बनते हैं।^[9]^[10]^[11]

लक्षण

आयन अपनी गैस जैसी अवस्था में अत्यधिक प्रतिक्रियाशील होते हैं तथा तीव्रता से विपरीत आवेश वाले आयनों के साथ मिलकर उदासीन अणु या आयनिक लवण देते हैं। आयन तरल या ठोस अवस्था में भी उत्पन्न होते हैं जब लवण विलायकों (उदाहरण के लिए, जल) के साथ अन्तःक्रिया करके विलायकयोजित आयनों का निर्माण करते हैं जो कि आयनों की द्रवों से अन्तःक्रिया करने के लिए एक दुसरे से दूर जाने से होने वाले ऊर्जा एवं परिक्षय (एन्ट्रॉपी) में परिवर्तनों के मिलाप से उत्पन्न होने वाले कारणों से अधिक स्थिर होते हैं। ये स्थिर प्रजातियां साधारणतः पर्यावरण में कम तापमान पर पाई जाती हैं। एक सामान्य उदाहरण समुद्री जल में मौजूद आयन हैं, जो घुले हुए लवणों से प्राप्त होते हैं।

आवेशित वस्तुओं के रूप में, आयन विपरीत विद्युत आवेशों (धनात्मक से ऋणात्मक, तथा इसके विपरीत) की ओर आकर्षित होते हैं तथा समान आवेशों द्वारा प्रतिकर्षित होते हैं। जब वे चलते हैं, तो उनके प्रक्षेपवक्र को चुंबकीय क्षेत्र द्वारा विक्षेपित किया जा सकता है।

इलेक्ट्रॉनों के छोटे द्रव्यमान अतः इस कारणवश पदार्थ तरंगों के रूप में बड़े स्थान-भरने वाले गुणों के कारण वे परमाणुओं तथा अणुओं के आकार को निर्धारित करते हैं जिनमें एक भी इलेक्ट्रॉन होता है। इस प्रकार, आयन (नकारात्मक रूप से आवेशित आयन) मूल अणु या परमाणु से बड़े होते हैं, क्योंकि अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं तथा आयन के भौतिक आकार में जुड़ जाते हैं, अतः इसका आकार इसके इलेक्ट्रॉन अभ्र द्वारा निर्धारित किया जाता है। इलेक्ट्रॉन अभ्र के छोटे आकार के कारण धनायन संबंधित मूल परमाणु या अणु से छोटे होते हैं। एक धनायन (हाइड्रोजन का) में कोई इलेक्ट्रॉन नहीं होता है तथा इस प्रकार यह एक एकल प्रोटॉन होता है जो मूल हाइड्रोजन परमाणु से बहुत छोटा होता है।

ऋणायन तथा धनायन

हाइड्रोजन परमाणु (केंद्र) में एक प्रोटॉन तथा एक इलेक्ट्रॉन होता है। इलेक्ट्रॉन को हटाने से एक धनायन (बाएं) मिलता है, जबकि एक इलेक्ट्रॉन के जुड़ने से एक आयन (दाएं) मिलता है। हाइड्रोजन आयन, अपने ढीले-ढाले दो-इलेक्ट्रॉन बादल के साथ, उदासीन परमाणु की तुलना में एक बड़ा त्रिज्या है, जो बदले में धनायन के नंगे प्रोटॉन से बहुत बड़ा है। हाइड्रोजन एकमात्र आवेश बनाता है-+1 धनायन जिसमें कोई इलेक्ट्रॉन नहीं होता है, लेकिन यहां तक कि ऐसे धनायन जो (हाइड्रोजन के विपरीत) एक या अधिक इलेक्ट्रॉनों को बनाए रखते हैं, वे अभी भी उदासीन परमाणुओं या अणुओं से छोटे होते हैं जिनसे वे व्युत्पन्न होते हैं।

चूँकि एक प्रोटॉन पर विद्युत आवेश एक इलेक्ट्रॉन पर आवेश के परिमाण के बराबर होता है अतः एक आयन पर शुद्ध विद्युत आवेश आयन में प्रोटॉनों तथा इलेक्ट्रॉनों की संख्या में अंतर के बराबर होता है।

एक एनायन (ऋणायन) (−) (/ˈænˌaɪ.ən/ एन-आई-एन, ग्रीक शब्द ἄνω (एनो) से, जिसका अर्थ है "ऊपर" ^[12]) प्रोटॉन की तुलना में अधिक इलेक्ट्रॉनों वाला एक आयन है, जो इसे एक शुद्ध ऋणात्मक आवेश देता है (चूंकि इलेक्ट्रॉन ऋणात्मक रूप से आवेशित होते हैं तथा प्रोटॉन धनात्मक रूप से आवेशित होते हैं)।^[13]

एक कैटायन (धनायन) (+) (/ˈkætˌaɪ.ən/ कैट-आई-एन, ग्रीक शब्द κάτω (काटो) से, जिसका अर्थ है "नीचे"^[14]) प्रोटॉन की तुलना में कम इलेक्ट्रॉनों वाला एक आयन है, जो इसे धनात्मक आवेश देता है।^[15]

बहु आवेशी आयनों के लिए अतिरिक्त नामों का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, -२ आवेश वाले आयन को द्विऋणायन कहते हैं तथा +२ आवेश वाले आयन को द्विधानायन कहते हैं। एक ज़्वीटेरायन अणु के अंदर ही विभिन्न स्थानों पर धनात्मक एवं ऋणात्मक आवेशों वाला एक उदासीन अणु होता है।^[16]

धनायन तथा ऋणायन को उनके आयनिक त्रिज्या द्वारा मापा जाता है तथा वे सापेक्ष आकार में भिन्न होते हैं: धनायन छोटे होते हैं, उनमें से अधिकांश की त्रिज्या 10⁻¹⁰ मी (10⁻⁸ सेमी) से कम होती है। लेकिन अधिकांश ऋणायन बड़े होते हैं, जैसा कि पृथ्वी का सबसे साधारण ऋणायन, ऑक्सीजन है। इस तथ्य द्वारा यह स्पष्ट है कि एक क्रिस्टल में सर्वाधिक स्थान ऋणायन द्वारा अभिगृहीत होता है तथा धनायन उनके मध्य उपलब्ध रिक्त स्थानों को ग्रहण कर लेते हैं।^[17]

धनायन तथा ऋणायन (उन आयनों के लिए जो विद्युत् अपघटन के समय, क्रमशः धनाग्र तथा ऋणाग्र कि ओर चलते हैं) शब्दों को माइकल फैराडे ने सन्न १८३४ में विलियम व्हीवेल से परामर्श के उपरान्त प्रस्तावित किया था।

प्राकृतिक घटनाएं

आयन प्रकृति में सर्वव्यापी हैं तथा सूर्य की चमक से लेकर पृथ्वी के आयनमंडल के अस्तित्व तक विविध घटनाओं के लिए जिम्मेदार हैं। अपने आयनिक अवस्था में परमाणुओं का रंग उदासीन परमाणुओं से भिन्न हो सकता है, तथा इस प्रकार धातु आयनों द्वारा प्रकाश अवशोषण रत्नों का रंग देता है। अकार्बनिक तथा कार्बनिक रसायन विज्ञान (जैव रसायन सहित) दोनों में, पानी तथा आयनों की परस्पर क्रिया अत्यंत महत्वपूर्ण है; एक उदाहरण ऊर्जा है जो एडेनोसाइन ट्रायफ़ोस्फेट (ATP) के विघटन को संचालित करती है।निम्नलिखित खंड उन संदर्भों का वर्णन करते हैं जिनमें आयन प्रमुख रूप से प्रदर्शित होते हैं; ये खगोलीय से सूक्ष्म तक भौतिक लंबाई-पैमाने के घटते हुए क्रम में व्यवस्थित हैं।

रसायन विज्ञान

आवेशित अवस्था को इंगित करना

लोहे के परमाणु (Fe) के लिए समतुल्य संकेतन जिसने दो इलेक्ट्रॉनों को खो दिया, जिसे लौह कहा जाता है।

किसी आयन का रासायनिक सूत्र लिखते समय उसका शुद्ध आवेश अणु/परमाणु की रासायनिक संरचना के ठीक बाद अधिलेख में लिखा जाता है। शुद्ध आवेश को चिन्ह से पहले परिमाण के साथ लिखा जाता है; अर्थात्, एक दोगुने आवेशित धनायन को '+2' के स्थान पर '2+' के रूप में दर्शाया जाता है। तथापि, एकल आवेशित अणुओं/परमाणुओं के लिए आवेश के परिमाण को छोड़ दिया जाता है; उदाहरण के लिए, सोडियम धनायन को Na⁺ के रूप में दर्शाया जाता है न कि Na¹⁺ के रूप में।

एक अणु/परमाणु को कई आवेशों के साथ दिखाने का एक वैकल्पिक (तथा स्वीकार्य) तरीका कई बार संकेतों को चित्रित करना है, जैसा कि प्राय: संक्रमण धातुओं के साथ देखा जाता है। रसानज्ञ कभी-कभी चिन्ह पर एक गोला बना देते हैं; यह केवल सजावटी होता है तथा रासायनिक अर्थ को नहीं बदलता है। इस प्रकार Fe²⁺, Fe⁺⁺, तथा Fe^⊕⊕ यह तीनों प्रतिनिधित्व, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है, समतुल्य हैं।

यूरेनिल आयन के लिए मिश्रित रोमन अंक तथा चार्ज नोटेशन। धातु के ऑक्सीकरण राज्य को सुपरस्क्रिप्टेड रोमन अंकों के रूप में दिखाया गया है, जबकि पूरे परिसर का चार्ज कोण के प्रतीक के साथ-साथ शुद्ध चार्ज के परिमाण तथा चिह्न के साथ दिखाया गया है।

एकपरमाणुक आयनों को कभी-कभी रोमन अंकों के साथ भी दर्शाया जाता है, विशेष रूप से स्पेक्ट्रोमिती में; उदाहरण के लिए, ऊपर देखे गए उदाहरण में Fe²⁺ को Fe(II) या Fe^II के रूप में उल्लिखित किया जाता हैै। रोमन अंक एक तत्व की औपचारिक ऑक्सीकरण अवस्था को दर्शाता है, जबकि अधिलेखित भारतीय अरब संख्यांक शुद्ध आवेश को दर्शाते हैं। इसलिए, दोनों संकेतन एकपरमाणुक आयनों के लिए विनिमेय हैं, लेकिन रोमन अंकों को बहुपरमाणु आयनों पर लागू नहीं किया जा सकता है। तथापि, एक धातु केंद्र के लिए एक बहुपरमाणु संकर के लिए इन दोनों संकेतनों को मिश्रित करना संभव है, जैसा कि यूरेनिल आयन उदाहरण द्वारा दिखाया गया है।

उपवर्ग

यदि किसी आयन में अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं, तो इसे एक मूलक आयन कहा जाता है। अनावेशित मूलकों की तरह, मूलक आयन बहुत प्रतिक्रियाशील होते हैं। ऑक्सीजन युक्त पॉलीऐटोमिक आयन, जैसे कार्बोनेट तथा सल्फेट, ऑक्सीऋणायन कहलाते हैं। आणविक आयन जिनमें कम से कम एक कार्बन से हाइड्रोजन बंध होता है, कार्बनिक आयन कहलाते हैं। यदि कार्बनिक आयन में आवेश औपचारिक रूप से कार्बन पर केंद्रित होता है, तो इसे कार्बधनायन (यदि धनात्मक रूप से चार्ज किया जाता है) या कार्बऋणायन (यदि ऋणात्मक रूप से चार्ज किया जाता है) कहा जाता है।

निर्माण

एकपरमाण्विक आयनों का निर्माण

एकपरमाण्विक आयन एक परमाणु में संयोजकता कोश (सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉन शेल) में इलेक्ट्रॉनों कि लाभ या हानि से बनते हैं। एक परमाणु के भीतरी कक्ष इलेक्ट्रॉनों से भरे होते हैं जो धनात्मक रूप से आवेशित प�

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 ==यह भी देखें==
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-* [[ वायु ionizer ]]
+* [[ वायु अयोनाइज़र ]]
-* [[ अरोड़ा ]]
+* [[ ऊषा ]]
-* [[ इलेक्ट्रोलाइट ]]
+* [[ विद्युत् अपघटय ]]
-* [[ गैसीय आयनीकरण डिटेक्टर ]]
+* [[ गैसीय आयनीकरण संसूचक ]]
-* [[ इओलियोमिक्स ]]
+* [[ आयोलियोमिक्स ]]
-*[[ आयन बीम ]]
+*[[ आयन किरणपुंज ]]
 * [[ आयन विनिमय ]]
 * [[ आयनीकरण विकिरण ]]
-* [[ रोकने की शक्ति (कण विकिरण) ]]
+* [[ विकिरण की रोकने की शक्ति ]]
 {{Div col end}}

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