आयन: Difference between revisions
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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।<ref>{{cite web|url=https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1903/index.html|title=The Nobel Prize in Chemistry 1903|website=www.nobelprize.org|access-date=2017-06-13|archive-date=2018-07-08|archive-url=https://web.archive.org/web/20180708044958/https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1903/index.html|url-status=live}}</ref> 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।<ref name="columbia">{{cite book|editor1-last=Harris|editor1-first=William|editor2-last=Levey|editor2-first=Judith|title=The New Columbia Encyclopedia|date=1976|publisher=[[Columbia University]]|location=New York City|isbn=978-0-231-03572-9|page=[https://archive.org/details/newcolumbiaencyc00harr/page/155 155]|edition=4th|url=https://archive.org/details/newcolumbiaencyc00harr/page/155}}</ref><ref name="EncBrit">{{cite book|editor1-last=McHenry|editor1-first=Charles|title=The New Encyclopædia Britannica|journal=Chicago: Encyclopaedia Britannica Inc|date=1992|publisher=[[Encyclopædia Britannica, Inc.]]|location=Chicago|isbn=978-0-85229-553-3|page=587|volume=1|edition=15|bibcode=1991neb..book.....G|last1=Goetz|first1=Philip W.}}</ref><ref name="SciBio">{{cite book|editor1-last=Cillispie|editor1-first=Charles|title=Dictionary of Scientific Biography|date=1970|publisher=[[Charles Scribner's Sons]]|location=New York City|isbn=978-0-684-10112-5|pages=296–302|edition=1}}</ref> | 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।<ref>{{cite web|url=https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1903/index.html|title=The Nobel Prize in Chemistry 1903|website=www.nobelprize.org|access-date=2017-06-13|archive-date=2018-07-08|archive-url=https://web.archive.org/web/20180708044958/https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1903/index.html|url-status=live}}</ref> 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।<ref name="columbia">{{cite book|editor1-last=Harris|editor1-first=William|editor2-last=Levey|editor2-first=Judith|title=The New Columbia Encyclopedia|date=1976|publisher=[[Columbia University]]|location=New York City|isbn=978-0-231-03572-9|page=[https://archive.org/details/newcolumbiaencyc00harr/page/155 155]|edition=4th|url=https://archive.org/details/newcolumbiaencyc00harr/page/155}}</ref><ref name="EncBrit">{{cite book|editor1-last=McHenry|editor1-first=Charles|title=The New Encyclopædia Britannica|journal=Chicago: Encyclopaedia Britannica Inc|date=1992|publisher=[[Encyclopædia Britannica, Inc.]]|location=Chicago|isbn=978-0-85229-553-3|page=587|volume=1|edition=15|bibcode=1991neb..book.....G|last1=Goetz|first1=Philip W.}}</ref><ref name="SciBio">{{cite book|editor1-last=Cillispie|editor1-first=Charles|title=Dictionary of Scientific Biography|date=1970|publisher=[[Charles Scribner's Sons]]|location=New York City|isbn=978-0-684-10112-5|pages=296–302|edition=1}}</ref> | ||
== लक्षण == | == लक्षण == | ||
अपनी गैस जैसी अवस्था में | 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, और इसके विपरीत) की ओर आकर्षित होते हैं और समान आवेशों द्वारा प्रतिकर्षित होते हैं। जब वे चलते हैं, तो उनके प्रक्षेपवक्र को | आवेशित वस्तुओं के रूप में, आयन विपरीत विद्युत आवेशों (धनात्मक से ऋणात्मक, और इसके विपरीत) की ओर आकर्षित होते हैं और समान आवेशों द्वारा प्रतिकर्षित होते हैं। जब वे चलते हैं, तो उनके प्रक्षेपवक्र को चुंबकीय क्षेत्र द्वारा विक्षेपित किया जा सकता है। | ||
इलेक्ट्रॉनों, उनके छोटे द्रव्यमान और इस प्रकार पदार्थ तरंगों के रूप में बड़े स्थान-भरने वाले गुणों के कारण, परमाणुओं और अणुओं के आकार को निर्धारित करते हैं जिनमें कोई 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 पीछे हटाते हैं और आयन के भौतिक आकार में जुड़ जाते हैं, क्योंकि इसका आकार इसके [[ इलेक्ट्रॉन बादल ]] द्वारा निर्धारित किया जाता है। इलेक्ट्रॉन बादल के छोटे आकार के कारण धनायन संबंधित मूल परमाणु या अणु से छोटे होते हैं। एक विशेष धनायन (हाइड्रोजन के) में कोई इलेक्ट्रॉन नहीं होता है, और इस प्रकार एक एकल प्रोटॉन होता है - मूल हाइड्रोजन परमाणु से बहुत छोटा। | इलेक्ट्रॉनों, उनके छोटे द्रव्यमान और इस प्रकार पदार्थ तरंगों के रूप में बड़े स्थान-भरने वाले गुणों के कारण, परमाणुओं और अणुओं के आकार को निर्धारित करते हैं जिनमें कोई 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 पीछे हटाते हैं और आयन के भौतिक आकार में जुड़ जाते हैं, क्योंकि इसका आकार इसके [[ इलेक्ट्रॉन बादल ]] द्वारा निर्धारित किया जाता है। इलेक्ट्रॉन बादल के छोटे आकार के कारण धनायन संबंधित मूल परमाणु या अणु से छोटे होते हैं। एक विशेष धनायन (हाइड्रोजन के) में कोई इलेक्ट्रॉन नहीं होता है, और इस प्रकार एक एकल प्रोटॉन होता है - मूल हाइड्रोजन परमाणु से बहुत छोटा। | ||
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=== ऋणायन और धनायन === | === ऋणायन और धनायन === | ||
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[[File:Ions.svg|thumb|upright=1.75|[[ हाइड्रोजन परमाणु ]] (केंद्र) में एक प्रोटॉन और 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, | [[File:Ions.svg|thumb|upright=1.75|[[ हाइड्रोजन परमाणु ]] (केंद्र) में एक प्रोटॉन और 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, एक आयन पर शुद्ध विद्युत आवेश, आयन में प्रोटॉनों की संख्या को घटाकर इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बराबर होता है। | चूँकि एक प्रोटॉन पर विद्युत आवेश एक इलेक्ट्रॉन पर आवेश के परिमाण के बराबर होता है, एक आयन पर शुद्ध विद्युत आवेश, आयन में प्रोटॉनों की संख्या को घटाकर इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बराबर होता है। | ||
एक {{vanchor|anion}} (−) ({{IPAc-en|ˈ|æ|n|,|aɪ|.|ən}} {{Respell|ANN|eye|ən}}, ग्रीक शब्द (ánō) से, जिसका अर्थ है up<ref>{{cite web | url =http://oxfordindex.oup.com/view/10.1093/oi/authority.20110803095414154 | title =Oxford Reference: OVERVIEW anion | author =Oxford University Press | author-link =Oxford University Press | publisher =oxfordreference.com | date =2013 | access-date =2017-01-15 | archive-date =2017-01-18 | archive-url =https://web.archive.org/web/20170118065532/http://oxfordindex.oup.com/view/10.1093/oi/authority.20110803095414154 | url-status =live }}</ref>) 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 और प्रोटॉन धनात्मक रूप से आवेशित होते हैं)।<ref>{{cite web | url =http://ruby.colorado.edu/~smyth/G101-2.html | title =Atoms and Elements, Isotopes and Ions | author =University of Colorado Boulder | author-link =University of Colorado Boulder | publisher =colorado.edu | date =November 21, 2013 | access-date =November 22, 2013 | archive-date =February 2, 2015 | archive-url =https://web.archive.org/web/20150202061438/http://ruby.colorado.edu/~smyth/G101-2.html | url-status =live }}</ref> | एक {{vanchor|anion}} (−) ({{IPAc-en|ˈ|æ|n|,|aɪ|.|ən}} {{Respell|ANN|eye|ən}}, ग्रीक शब्द (ánō) से, जिसका अर्थ है up<ref>{{cite web | url =http://oxfordindex.oup.com/view/10.1093/oi/authority.20110803095414154 | title =Oxford Reference: OVERVIEW anion | author =Oxford University Press | author-link =Oxford University Press | publisher =oxfordreference.com | date =2013 | access-date =2017-01-15 | archive-date =2017-01-18 | archive-url =https://web.archive.org/web/20170118065532/http://oxfordindex.oup.com/view/10.1093/oi/authority.20110803095414154 | url-status =live }}</ref>) 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 और प्रोटॉन धनात्मक रूप से आवेशित होते हैं)।<ref>{{cite web | url =http://ruby.colorado.edu/~smyth/G101-2.html | title =Atoms and Elements, Isotopes and Ions | author =University of Colorado Boulder | author-link =University of Colorado Boulder | publisher =colorado.edu | date =November 21, 2013 | access-date =November 22, 2013 | archive-date =February 2, 2015 | archive-url =https://web.archive.org/web/20150202061438/http://ruby.colorado.edu/~smyth/G101-2.html | url-status =live }}</ref> | ||
ए {{vanchor|cation}} (+) ({{IPAc-en|ˈ|k|æ|t|,|aɪ|.|ən}} {{Respell|KAT|eye|ən}}, ग्रीक शब्द (काटो) से, जिसका अर्थ है डाउन<ref>{{cite web | url =http://oxfordindex.oup.com/view/10.1093/oi/authority.20110803095555447 | title =Oxford Reference: OVERVIEW cation | author =Oxford University Press | author-link =Oxford University Press | publisher =oxfordreference.com | date =2013 | access-date =2017-01-15 | archive-date =2017-01-18 | archive-url =https://web.archive.org/web/20170118065659/http://oxfordindex.oup.com/view/10.1093/oi/authority.20110803095555447 | url-status =live }}</ref>) प्रोटॉन की तुलना में कम इलेक्ट्रॉनों वाला एक आयन है, जो इसे एक सकारात्मक चार्ज देता है।<ref>{{cite web | url =http://www.usouthal.edu/geology/haywick/GY111/111-4.pdf | title =Elemental Chemistry | author =Douglas W. Haywick, Ph.D. | author2 =University of South Alabama | publisher =usouthal.edu | date =2007–2008 | author-link2 =University of South Alabama | access-date =2013-11-22 | archive-date =2011-12-04 | archive-url =https://web.archive.org/web/20111204134213/http://www.usouthal.edu/geology/haywick/GY111/111-4.pdf | url-status =live }}</ref> | ए {{vanchor|cation}} (+) ({{IPAc-en|ˈ|k|æ|t|,|aɪ|.|ən}} {{Respell|KAT|eye|ən}}, ग्रीक शब्द (काटो) से, जिसका अर्थ है डाउन<ref>{{cite web | url =http://oxfordindex.oup.com/view/10.1093/oi/authority.20110803095555447 | title =Oxford Reference: OVERVIEW cation | author =Oxford University Press | author-link =Oxford University Press | publisher =oxfordreference.com | date =2013 | access-date =2017-01-15 | archive-date =2017-01-18 | archive-url =https://web.archive.org/web/20170118065659/http://oxfordindex.oup.com/view/10.1093/oi/authority.20110803095555447 | url-status =live }}</ref>) प्रोटॉन की तुलना में कम इलेक्ट्रॉनों वाला एक आयन है, जो इसे एक सकारात्मक चार्ज देता है।<ref>{{cite web | url =http://www.usouthal.edu/geology/haywick/GY111/111-4.pdf | title =Elemental Chemistry | author =Douglas W. Haywick, Ph.D. | author2 =University of South Alabama | publisher =usouthal.edu | date =2007–2008 | author-link2 =University of South Alabama | access-date =2013-11-22 | archive-date =2011-12-04 | archive-url =https://web.archive.org/web/20111204134213/http://www.usouthal.edu/geology/haywick/GY111/111-4.pdf | url-status =live }}</ref> | ||
कई शुल्क वाले आयनों के लिए अतिरिक्त नामों का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, -2 आवेश वाले आयन को [[ डियानियन ]] के रूप में जाना जाता है और +2 आवेश वाले आयन को [[ समर्पण ]] के रूप में जाना जाता है। एक [[ zwitterion ]] उस अणु के भीतर विभिन्न स्थानों पर सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज के साथ एक | कई शुल्क वाले आयनों के लिए अतिरिक्त नामों का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, -2 आवेश वाले आयन को [[ डियानियन ]] के रूप में जाना जाता है और +2 आवेश वाले आयन को [[ समर्पण ]] के रूप में जाना जाता है। एक [[ zwitterion ]] उस अणु के भीतर विभिन्न स्थानों पर सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज के साथ एक उदासीन अणु है।<ref>{{cite web | url =http://chemed.chem.purdue.edu/genchem/topicreview/bp/1biochem/amino2.html#zwitter | title =Amino Acids | author =Purdue University | author-link =Purdue University | publisher =purdue.edu | date =November 21, 2013 | access-date =November 22, 2013 | archive-date =July 13, 2011 | archive-url =https://web.archive.org/web/20110713040227/http://chemed.chem.purdue.edu/genchem/topicreview/bp/1biochem/amino2.html#zwitter | url-status =live }}</ref> | ||
धनायन और ऋणायन उनके [[ आयनिक त्रिज्या ]] द्वारा मापा जाता है और वे सापेक्ष आकार में भिन्न होते हैं: धनायन छोटे होते हैं, उनमें से अधिकांश 10 से कम होते हैं<sup>−10</sup> मी (10<sup>−8</sup> सेमी) के दायरे में। लेकिन अधिकांश आयन बड़े होते हैं, जैसा कि सबसे आम पृथ्वी आयन, [[ ऑक्सीजन ]] है। इस तथ्य से यह स्पष्ट है कि [[ क्रिस्टल ]] के अधिकांश स्थान पर आयनों का कब्जा होता है और यह कि धनायन उनके बीच के रिक्त स्थान में फिट हो जाते हैं।<ref name="Press1986">{{cite book |last1=Press |first1=Frank |last2=Siever |first2=Raymond |title=Earth |edition=14th |publisher=[[W. H. Freeman and Company]] |publication-place=New York |year=1986 | isbn=0-7167-1743-3 | oclc=12556840 | page=63}}</ref> | धनायन और ऋणायन उनके [[ आयनिक त्रिज्या ]] द्वारा मापा जाता है और वे सापेक्ष आकार में भिन्न होते हैं: धनायन छोटे होते हैं, उनमें से अधिकांश 10 से कम होते हैं<sup>−10</sup> मी (10<sup>−8</sup> सेमी) के दायरे में। लेकिन अधिकांश आयन बड़े होते हैं, जैसा कि सबसे आम पृथ्वी आयन, [[ ऑक्सीजन ]] है। इस तथ्य से यह स्पष्ट है कि [[ क्रिस्टल ]] के अधिकांश स्थान पर आयनों का कब्जा होता है और यह कि धनायन उनके बीच के रिक्त स्थान में फिट हो जाते हैं।<ref name="Press1986">{{cite book |last1=Press |first1=Frank |last2=Siever |first2=Raymond |title=Earth |edition=14th |publisher=[[W. H. Freeman and Company]] |publication-place=New York |year=1986 | isbn=0-7167-1743-3 | oclc=12556840 | page=63}}</ref> | ||
आयन और धनायन (आयनों के लिए जो इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान क्रमशः एनोड और कैथोड की यात्रा करते हैं) विलियम व्हीवेल के साथ उनके परामर्श के बाद #खोज का इतिहास थे। | आयन और धनायन (आयनों के लिए जो इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान क्रमशः एनोड और कैथोड की यात्रा करते हैं) विलियम व्हीवेल के साथ उनके परामर्श के बाद #खोज का इतिहास थे। | ||
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=== प्राकृतिक घटनाएं === | === प्राकृतिक घटनाएं === | ||
{{further|List of oxidation states of the elements}} | {{further|List of oxidation states of the elements}} | ||
आयन [[ प्रकृति ]] में सर्वव्यापी हैं और सूर्य की चमक से लेकर पृथ्वी के आयनमंडल के अस्तित्व तक विविध घटनाओं के लिए जिम्मेदार हैं। अपने आयनिक अवस्था में परमाणुओं का रंग | आयन [[ प्रकृति ]] में सर्वव्यापी हैं और 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, और इस प्रकार धातु आयनों द्वारा प्रकाश अवशोषण रत्नों का रंग देता है। अकार्बनिक और कार्बनिक रसायन विज्ञान (जैव रसायन सहित) दोनों में, पानी और आयनों की परस्पर क्रिया अत्यंत महत्वपूर्ण है{{citation needed|date=September 2020}}; एक उदाहरण ऊर्जा है जो [[ एडेनोसाइन ट्रायफ़ोस्फेट ]] (एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट) के टूटने को प्रेरित करती है{{clarify|date=September 2020}}. निम्नलिखित खंड उन संदर्भों का वर्णन करते हैं जिनमें आयन प्रमुख रूप से प्रदर्शित होते हैं; ये खगोलीय से सूक्ष्म तक भौतिक लंबाई-पैमाने को कम करने में व्यवस्थित हैं। | ||
== संबंधित तकनीक == | == संबंधित तकनीक == | ||
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==== बहुपरमाणुक और आणविक आयनों का निर्माण ==== | ==== बहुपरमाणुक और आणविक आयनों का निर्माण ==== | ||
[[File:Nitrate-ion-elpot.png|thumb|right|[[ नाइट्रेट आयन ]] का विद्युत विभव मानचित्र ({{chem2|2NO3-}}) 3-आयामी खोल एकल मनमानी [[ समविभव ]] का प्रतिनिधित्व करता है।]] | [[File:Nitrate-ion-elpot.png|thumb|right|[[ नाइट्रेट आयन ]] का विद्युत विभव मानचित्र ({{chem2|2NO3-}}) 3-आयामी खोल एकल मनमानी [[ समविभव ]] का प्रतिनिधित्व करता है।]] | ||
बहुपरमाणुक और आणविक आयन अक्सर एक प्रोटॉन जैसे मौलिक आयनों के प्राप्त या खोने से बनते हैं, {{chem2|H+}}, | बहुपरमाणुक और आणविक आयन अक्सर एक प्रोटॉन जैसे मौलिक आयनों के प्राप्त या खोने से बनते हैं, {{chem2|H+}}, उदासीन अणुओं में। उदाहरण के लिए, जब [[ अमोनिया ]], {{chem2|NH3}}, एक प्रोटॉन स्वीकार करता है, {{chem2|H+}}—एक प्रक्रिया जिसे [[ प्रोटोनेशन ]] कहा जाता है—यह [[ अमोनियम ]] आयन बनाती है, {{chem2|NH4+}}. अमोनिया और अमोनियम में अनिवार्य रूप से एक ही इलेक्ट्रॉन विन्यास में इलेक्ट्रॉनों की संख्या समान होती है, लेकिन अमोनियम में एक अतिरिक्त प्रोटॉन होता है जो इसे शुद्ध सकारात्मक चार्ज देता है। | ||
आयन बनाने के लिए अमोनिया एक सकारात्मक चार्ज हासिल करने के लिए एक इलेक्ट्रॉन भी खो सकता है {{chem2|NH3+}}. हालांकि, यह आयन अस्थिर है, क्योंकि इसमें नाइट्रोजन परमाणु के चारों ओर एक अधूरा वैलेंस इलेक्ट्रॉन होता है, जिससे यह एक बहुत ही प्रतिक्रियाशील मूलक (रसायन विज्ञान) आयन बन जाता है। | आयन बनाने के लिए अमोनिया एक सकारात्मक चार्ज हासिल करने के लिए एक इलेक्ट्रॉन भी खो सकता है {{chem2|NH3+}}. हालांकि, यह आयन अस्थिर है, क्योंकि इसमें नाइट्रोजन परमाणु के चारों ओर एक अधूरा वैलेंस इलेक्ट्रॉन होता है, जिससे यह एक बहुत ही प्रतिक्रियाशील मूलक (रसायन विज्ञान) आयन बन जाता है। | ||
Revision as of 15:40, 1 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 और ऋणायन एक दूसरे को आकर्षित करते हैं और 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 और 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 और 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) और 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, और इसके विपरीत) की ओर आकर्षित होते हैं और समान आवेशों द्वारा प्रतिकर्षित होते हैं। जब वे चलते हैं, तो उनके प्रक्षेपवक्र को चुंबकीय क्षेत्र द्वारा विक्षेपित किया जा सकता है।
इलेक्ट्रॉनों, उनके छोटे द्रव्यमान और इस प्रकार पदार्थ तरंगों के रूप में बड़े स्थान-भरने वाले गुणों के कारण, परमाणुओं और अणुओं के आकार को निर्धारित करते हैं जिनमें कोई 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 पीछे हटाते हैं और आयन के भौतिक आकार में जुड़ जाते हैं, क्योंकि इसका आकार इसके इलेक्ट्रॉन बादल द्वारा निर्धारित किया जाता है। इलेक्ट्रॉन बादल के छोटे आकार के कारण धनायन संबंधित मूल परमाणु या अणु से छोटे होते हैं। एक विशेष धनायन (हाइड्रोजन के) में कोई इलेक्ट्रॉन नहीं होता है, और इस प्रकार एक एकल प्रोटॉन होता है - मूल हाइड्रोजन परमाणु से बहुत छोटा।
ऋणायन और धनायन
चूँकि एक प्रोटॉन पर विद्युत आवेश एक इलेक्ट्रॉन पर आवेश के परिमाण के बराबर होता है, एक आयन पर शुद्ध विद्युत आवेश, आयन में प्रोटॉनों की संख्या को घटाकर इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बराबर होता है।
एक anion (−) (/ˈænˌaɪ.ən/ ANN-eye-ən, ग्रीक शब्द (ánō) से, जिसका अर्थ है up[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 और प्रोटॉन धनात्मक रूप से आवेशित होते हैं)।[13] ए cation (+) (/ˈkætˌaɪ.ən/ KAT-eye-ən, ग्रीक शब्द (काटो) से, जिसका अर्थ है डाउन[14]) प्रोटॉन की तुलना में कम इलेक्ट्रॉनों वाला एक आयन है, जो इसे एक सकारात्मक चार्ज देता है।[15] कई शुल्क वाले आयनों के लिए अतिरिक्त नामों का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, -2 आवेश वाले आयन को डियानियन के रूप में जाना जाता है और +2 आवेश वाले आयन को समर्पण के रूप में जाना जाता है। एक zwitterion उस अणु के भीतर विभिन्न स्थानों पर सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज के साथ एक उदासीन अणु है।[16] धनायन और ऋणायन उनके आयनिक त्रिज्या द्वारा मापा जाता है और वे सापेक्ष आकार में भिन्न होते हैं: धनायन छोटे होते हैं, उनमें से अधिकांश 10 से कम होते हैं−10 मी (10−8 सेमी) के दायरे में। लेकिन अधिकांश आयन बड़े होते हैं, जैसा कि सबसे आम पृथ्वी आयन, ऑक्सीजन है। इस तथ्य से यह स्पष्ट है कि क्रिस्टल के अधिकांश स्थान पर आयनों का कब्जा होता है और यह कि धनायन उनके बीच के रिक्त स्थान में फिट हो जाते हैं।[17] आयन और धनायन (आयनों के लिए जो इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान क्रमशः एनोड और कैथोड की यात्रा करते हैं) विलियम व्हीवेल के साथ उनके परामर्श के बाद #खोज का इतिहास थे।
प्राकृतिक घटनाएं
आयन प्रकृति में सर्वव्यापी हैं और 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, और इस प्रकार धातु आयनों द्वारा प्रकाश अवशोषण रत्नों का रंग देता है। अकार्बनिक और कार्बनिक रसायन विज्ञान (जैव रसायन सहित) दोनों में, पानी और आयनों की परस्पर क्रिया अत्यंत महत्वपूर्ण है[citation needed]; एक उदाहरण ऊर्जा है जो एडेनोसाइन ट्रायफ़ोस्फेट (एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट) के टूटने को प्रेरित करती है[clarification needed]. निम्नलिखित खंड उन संदर्भों का वर्णन करते हैं जिनमें आयन प्रमुख रूप से प्रदर्शित होते हैं; ये खगोलीय से सूक्ष्म तक भौतिक लंबाई-पैमाने को कम करने में व्यवस्थित हैं।
संबंधित तकनीक
आयनों को विभिन्न आयन स्रोत ों का उपयोग करके गैर-रासायनिक रूप से तैयार किया जा सकता है, जिसमें आमतौर पर उच्च वोल्टेज या तापमान शामिल होता है। इनका उपयोग जन स्पेक्ट्रोमेट्री , ऑप्टिकल उत्सर्जन स्पेक्ट्रोमीटर , कण त्वरक , आयन आरोपण और आयन थ्रस्टर जैसे कई उपकरणों में किया जाता है।
प्रतिक्रियाशील आवेशित कणों के रूप में, उनका उपयोग वायु आयनकारक में रोगाणुओं को बाधित करके, और घरेलू वस्तुओं जैसे स्मोक डिटेक्टर ों में भी किया जाता है।
चूंकि जीवों में सिग्नलिंग और चयापचय कोशिका झिल्ली में एक सटीक आयनिक ढाल द्वारा नियंत्रित होते हैं, इस ढाल के विघटन से कोशिका मृत्यु में योगदान होता है। यह प्राकृतिक और कृत्रिम बायोकाइड्स द्वारा शोषित एक सामान्य तंत्र है, जिसमें आयन चैनल ग्रामिसिडिन और एम्फोटेरिसिन (एक कवकनाशी) शामिल हैं।
अकार्बनिक भंग आयन कुल घुलित ठोस का एक घटक है, जो पानी की गुणवत्ता का एक व्यापक रूप से ज्ञात संकेतक है।
आयनकारी विकिरण का पता लगाना
गैस पर विकिरण के आयनकारी प्रभाव का व्यापक रूप से अल्फा कण , बीटा कण , गामा किरण और एक्स-रे जैसे विकिरण का पता लगाने के लिए उपयोग किया जाता है। इन उपकरणों में मूल आयनीकरण घटना के परिणामस्वरूप आयन जोड़ी का निर्माण होता है; गैस के अणुओं पर विकिरण द्वारा आयन प्रभाव द्वारा एक सकारात्मक आयन और एक मुक्त इलेक्ट्रॉन। आयनीकरण कक्ष इन डिटेक्टरों में सबसे सरल है, और विद्युत क्षेत्र के अनुप्रयोग के माध्यम से गैस के भीतर प्रत्यक्ष आयनीकरण द्वारा बनाए गए सभी शुल्क एकत्र करता है।[4]
गीजर-मुलर ट्यूब और आनुपातिक काउंटर दोनों एक कैस्केड प्रभाव के माध्यम से मूल आयनीकरण घटना के प्रभाव को गुणा करने के लिए टाउनसेंड हिमस्खलन के रूप में जानी जाने वाली घटना का उपयोग करते हैं जिससे मुक्त इलेक्ट्रॉनों को विद्युत क्षेत्र द्वारा पर्याप्त ऊर्जा दी जाती है ताकि आगे के इलेक्ट्रॉनों को मुक्त किया जा सके। आयन प्रभाव।
रसायन विज्ञान
आवेशित अवस्था को इंगित करना
किसी आयन का रासायनिक सूत्र लिखते समय उसका शुद्ध आवेश अणु/परमाणु की रासायनिक संरचना के ठीक बाद सुपरस्क्रिप्ट में लिखा जाता है। नेट चार्ज को साइन से पहले परिमाण के साथ लिखा जाता है; अर्थात्, एक दोगुने आवेशित धनायन को '+2' के बजाय '2+' के रूप में दर्शाया जाता है। हालांकि, एकल आवेशित अणुओं/परमाणुओं के लिए आवेश के परिमाण को छोड़ दिया जाता है; उदाहरण के लिए, सोडियम केशन को इस प्रकार दर्शाया गया है Na+ और नहीं Na1+.
एक अणु/परमाणु को कई आवेशों के साथ दिखाने का एक वैकल्पिक (और स्वीकार्य) तरीका कई बार संकेतों को चित्रित करना है, यह अक्सर संक्रमण धातुओं के साथ देखा जाता है। केमिस्ट कभी-कभी चिन्ह पर चक्कर लगाते हैं; यह केवल सजावटी है और रासायनिक अर्थ को नहीं बदलता है। के तीनों प्रतिनिधित्व Fe2+, Fe++, तथा Fe⊕⊕ चित्र में दिखाया गया है, इस प्रकार समतुल्य हैं।
मोनोआटोमिक आयनों को कभी-कभी रोमन अंकों के साथ भी दर्शाया जाता है, विशेष रूप से स्पेक्ट्रल लाइन#नामांकन एंकर में; उदाहरण के लि