在化學(xué)變化中，原子或原子團(tuán)得失電子后形成的帶電微粒稱作離子。帶正電的稱為陽(yáng)離子，帶負(fù)電的稱為陰離子。

原子是由原子核和核外電子構(gòu)成，原子核帶正電荷，繞核運(yùn)動(dòng)的電子則帶相反的負(fù)電荷。原子的核電荷數(shù)與核外電子數(shù)相等，因此原子顯電中性。如果原子從外獲得的能量超過(guò)某個(gè)殼層電子的結(jié)合能，那么這個(gè)電子就可脫離原子的束縛成為自由電子。

原子核外第一層不能超過(guò)2個(gè)電子，次外層不超過(guò)18個(gè)。最外層最多只能排8個(gè)。

一般最外層電子數(shù)小于4的原子、或半徑較大的原子，較易失去電子(一般為金屬元素，如:鉀K，鈣Ca等)趨向達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定結(jié)構(gòu);而最外層電子數(shù)不少于4的原子(一般為非金屬元素，如:硼B，碳C等)則較易獲得電子趨向達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

當(dāng)原子的最外層電子軌道達(dá)到飽和狀態(tài)(第一周期元素2個(gè)電子、第二第三周期元素8個(gè)電子)時(shí)，性質(zhì)最穩(wěn)定，一般為稀有氣體(氦除外，最外層有2個(gè)電子，性質(zhì)也很穩(wěn)定)。

離子是指原子由于自身或外界的作用而失去或得到一個(gè)或幾個(gè)電子使其達(dá)到最外層電子數(shù)為8個(gè)(如第一層是最外層，則為2個(gè)，若是氫離子，則沒(méi)有外層電子)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。這一過(guò)程稱為電離。電離過(guò)程所需或放出的能量稱為電離能。

在化學(xué)反應(yīng)中，金屬元素原子失去最外層電子，非金屬原子得到電子，從而使參加反應(yīng)的原子或原子團(tuán)帶上電荷。帶電荷的原子叫做離子，帶正電荷的原子叫做陽(yáng)離子，帶負(fù)電荷的原子叫做陰離子。陰、陽(yáng)離子由于靜電作用而形成不帶電性的化合物。

與分子、原子一樣，離子也是構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子。如氯化鈉就是由氯離子和鈉離子構(gòu)成的。

當(dāng)原子得到一個(gè)或幾個(gè)電子時(shí)，質(zhì)子數(shù)小于核外電子數(shù)，且質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)-所帶電荷數(shù)，從而帶負(fù)電荷，稱為陰離子。

當(dāng)原子失去一個(gè)或幾個(gè)電子時(shí)，質(zhì)子數(shù)大于核外電子數(shù)，且質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)+所帶電荷數(shù)，從而帶正電荷，稱為陽(yáng)離子。

絡(luò)離子是指由某些分子、原子或陽(yáng)離子通過(guò)配位鍵與電中性分子或陰離子形成的復(fù)雜離子，例如水合離子。絡(luò)離子本身可以屬于陽(yáng)離子或陰離子。

在化合物的原子間進(jìn)行電子轉(zhuǎn)移而生成離子的過(guò)程稱為電離，電離過(guò)程所需或放出的能量稱為電離能。電離能越大，意味著原子越難失去電子。 離子化合物，即陰、陽(yáng)離子間以離子鍵組成的化合物，如可溶于水的酸、堿、鹽，當(dāng)在水中溶解并電離時(shí)，恒定條件下，處于離子狀態(tài)的比例和處于分子狀態(tài)的比例達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，稱為離子平衡(ion balance)。

離子結(jié)構(gòu)示意圖與原子結(jié)構(gòu)示意圖一樣，人們可以用離子結(jié)構(gòu)示意圖來(lái)表示離子的核電荷數(shù)和電子層排布。小圈和圈內(nèi)的數(shù)字分別表示原子核和核內(nèi)質(zhì)子數(shù)，弧線表示電子層，弧線上的數(shù)字表示該層的電子數(shù)。當(dāng)然，在書寫離子結(jié)構(gòu)的時(shí)候需要注意離子核外電子一般為8電子(或2電子)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

1887年，28歲的阿侖尼烏斯在前人研究的氣體元素離子基礎(chǔ)上提出了電離理論。但他的導(dǎo)師，著名科學(xué)家塔倫教授不認(rèn)同他的觀點(diǎn)，嚴(yán)厲抨擊了他的論文，結(jié)果電離學(xué)說(shuō)在數(shù)年后才受到公認(rèn)。阿侖尼烏斯榮獲1903年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。后來(lái)物理學(xué)家德拜對(duì)離子作了進(jìn)一步研究并獲得1936年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。等離子態(tài)與氣體放電:在絕對(duì)溫度不為零的任何氣體中。

氣體元素離子

都有一定數(shù)量的原子被電離。在氣體放電過(guò)程中以及受控聚變裝置產(chǎn)生的高溫等離子體中，有大量的工作氣體原子和雜質(zhì)原子被剝離了最外層電子，成為離子。例如氧原子，若失去一個(gè)電子記作OⅡ，若失去兩電子記作OⅢ，以此類推。

檢驗(yàn)

離子檢驗(yàn)指的是通過(guò)用指示劑、沉淀、冒泡等方法鑒別離子的過(guò)程。

金屬離子是某種物質(zhì)溶于水后的金屬元素的離子。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是分子組成的物質(zhì)中的金屬元素。絕大部分金屬離子是陽(yáng)離子，但I(xiàn)VB-VIII族金屬可以生成陰離子。金屬離子是維持多相體系的滲透平衡的重要組成部分，也是廣泛的酶反應(yīng)的必要組成部分。有些酶類的催化活性，除了蛋白質(zhì)部分外，還需要金屬離子，即金屬離子是酶活性中心的組成部分。

負(fù)離子產(chǎn)品

有些酶的分子中雖不含有金屬，但需要金屬離子激活。金屬離子是酶的輔基或激活劑，金屬離子通過(guò)自身化合價(jià)的變化來(lái)傳遞電子，完成生物體內(nèi)的氧化還原反應(yīng)，在維持生物體內(nèi)的水和電解質(zhì)平衡等方面亦需要金屬離子。

注:

離子符號(hào):在元素符號(hào)右上角表示出離子所帶正、負(fù)電荷數(shù)的符號(hào)。 例如,鈉原子失去一個(gè)電子后成為帶一個(gè)單位正電荷的鈉離子用"Na+"表示。硫原子獲得二個(gè)電子后帶元素符號(hào):統(tǒng)一采取該元素的拉丁文名稱第一個(gè)字母來(lái)表示元素的符號(hào)(往往正負(fù)電的數(shù)字寫在正負(fù)號(hào)的前面)。

離子鍵

離子鍵 :使陰、陽(yáng)離子結(jié)合成化合物的靜電作用。

離子鍵是由電子轉(zhuǎn)移(失去電子者為陽(yáng)離子，獲得電子者為陰離子)形成的。即正離子和負(fù)離子之間由于靜電引力所形成的化學(xué)鍵。離子既可以是單離子，如Na、Cl;也可以由原子團(tuán)形成;如SO4，NO3等。離子鍵的作用力強(qiáng)，無(wú)飽和性，無(wú)方向性。離子鍵形成的礦物總是以離子晶體的形式存在。

研究認(rèn)為，在分子或晶體中的原子決不是簡(jiǎn)單地堆砌在一起，而是存在著強(qiáng)烈的相互作用?；瘜W(xué)上把這種分子或晶體中原子間(有時(shí)原子得失電子轉(zhuǎn)變成離子)的強(qiáng)烈作用力叫做化學(xué)鍵。鍵的實(shí)質(zhì)是一種力。所以有的又叫鍵力，或就叫鍵。

礦物都是由原子、分子或離子組成的，它們之間是靠化學(xué)鍵聯(lián)系著的。

化學(xué)鍵主要有三種基本類型，即離子鍵、共價(jià)鍵和金屬鍵。

共價(jià)鍵的形成離子鍵的形成強(qiáng)，有飽和性與方向性。因?yàn)橹挥?a target="_blank" >自旋方向相反的電子才能配對(duì)成鍵，所以共價(jià)鍵有飽和性;另外，原子軌道互相重疊時(shí)，必須滿足對(duì)稱條件和最大重疊條件，所以共價(jià)鍵有方向性。共價(jià)鍵又可分為三種:

1.非極性共價(jià)鍵形成共價(jià)鍵的電子云正好位于鍵合的兩個(gè)原子正中間，如金剛石的C-C鍵。

2.極性共價(jià)鍵 形成共價(jià)鍵的電子云偏于對(duì)電子引力較大的一個(gè)原子，如Pb-S 鍵，電子云偏于S一側(cè)，可表示為Pb→S。

3.配價(jià)鍵 共享的電子對(duì)只有一個(gè)原子單獨(dú)提供。如Zn-S鍵，共享的電子對(duì)由鋅提供，Z:+ ¨..S:=Z n→S 共價(jià)鍵可以形成兩類晶體，即原子晶體共價(jià)鍵與分子晶體。原子晶體的晶格結(jié)點(diǎn)上排列著原子。原子之間有共價(jià)鍵聯(lián)系著。在分子晶體的晶格結(jié)點(diǎn)上排列著分子(極性分子或非極性分子)，在分子之間有分子間力作用著，在某些晶體中還存在著氫鍵。

離子間的反應(yīng)離子間的反應(yīng)

凝固成液氯、液氨和干冰(二氧化碳的晶體)。說(shuō)明在分子之間還有一種作用力存在著，這種作用力叫做分子間力(范德華力)，有的叫分子鍵。分子間力的分子的極性有關(guān)。分子有極性分子和非極性分子，其根據(jù)是分子中的正負(fù)電荷中心是否重合，重合者為非極性分子，不重合者為極性分子。 分子間力包括三種作用力，即色散力、誘導(dǎo)力和取向力。

(1)當(dāng)非極性分子相互靠近時(shí)，由于電子的不斷運(yùn)動(dòng)和原子核的不斷振動(dòng)，要使每一瞬間正、負(fù)電荷中心都重合是不可能的，在某一瞬間總會(huì)有一個(gè)偶極存在，這種偶極叫做瞬時(shí)偶極。由于同極相斥，異極相吸，瞬時(shí)偶極之間產(chǎn)生的分子間力叫做色散力。任何分子(不論極性或非極性)互相靠近時(shí)，都存在色散力。

(2)當(dāng)極性分子和非極性分子靠近時(shí)，除了存在色散力作用外，由于非極性分子受極性分子電場(chǎng)的影響產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極，這種誘導(dǎo)偶極和極性分子的固有偶極之間所產(chǎn)生的吸引力叫做誘導(dǎo)力。同時(shí)誘導(dǎo)偶極又作用于極性分子，使其偶極長(zhǎng)度增加。從而進(jìn)一步加強(qiáng)了它們間的吸引。

(3)當(dāng)極性分子相互靠近時(shí)，色散力也起著作用。此外，由于它們之間固有偶極之間的同極相斥，異極相吸，兩個(gè)分子在空間就按異極相鄰的狀態(tài)取向，由于固有偶極之間的取向而引起的分子間力叫做取向力。由于取向力的存在，使極性分子更加靠近，在相鄰分子的固有偶極作用下，使每個(gè)分子的正、負(fù)電荷中心更加分開，產(chǎn)生了誘導(dǎo)偶極，因此極性分子之間還存在著誘導(dǎo)力。

總之，在非極性分子之間只存在著色散力，在極性分子和非極性分子之間存在著色散務(wù)和誘導(dǎo)力，在極性分子之間存在著色散力、誘導(dǎo)力和取向力。色散力、誘導(dǎo)力和取向力的總和叫做分子間力。分子間力沒(méi)有方向性與飽和性，鍵力較弱。

離子是組成離子型化合物的基本粒子。離子型化合物在任何狀態(tài)下(晶體、熔融狀態(tài)、蒸氣狀態(tài)或溶液中)都是以離子的形式存在的。因此，離子的性質(zhì)在很大程度上決定著離子化合物的性質(zhì)。就是說(shuō)，離子的性質(zhì)，即離子的三種重要特征:離子的電荷、離子的半徑、離子的電子層結(jié)構(gòu)的類型(簡(jiǎn)稱離子的電子構(gòu)型)是決定離子型化合物的共性和特性的根本原因。

(1)離子的電荷

離子電荷對(duì)于離子的性質(zhì)以及所組成的離子型化合物的性質(zhì)，都有很大影響。即使是同一種元素，當(dāng)形成不同電荷的離子時(shí)，由它們所組成的離子型化合物的性質(zhì)也會(huì)有較大的差異。例如，鐵元素能形成Fe、Fe兩種離子，這兩種離子及其化合物在性質(zhì)上就大不相同。Fe比Fe的正電荷多，在一定條件下，F(xiàn)e能奪取1個(gè)電子變成Fe，而相反，F(xiàn)e則有失去1個(gè)電子變?yōu)镕e的傾向。Fe在溶液中能跟SCN離子作用生成血紅色的Fe(SCN)離子，而Fe則不發(fā)生這種反應(yīng);Fe在水溶液里呈黃色，F(xiàn)e在水溶液里卻呈淺綠色等。

(2)離子的電子構(gòu)型

離子的電子層結(jié)構(gòu)類型不同，對(duì)離子化合物的性質(zhì)亦有一定的影響，例如，Na和Cu離子的電荷數(shù)相同，都是+1價(jià)的離子，它們的離子半徑也很相近，Na的半徑是0.095 nm，Cu的半徑是0.096 nm，但它們相應(yīng)的化合物的性質(zhì)卻有較大的差別:如NaI易溶于水，而CuI不易溶于水。這主要是由于Na的電子構(gòu)型(2sp)和Cu的電子構(gòu)型(3spd)很不相同。

(3)離子的半徑

原子或離子的絕對(duì)大小是無(wú)法確定的，因?yàn)樵雍送怆娮硬⒎窃诠潭ǖ能壍郎线\(yùn)動(dòng)。而通常說(shuō)的離子半徑是指離子的有效半徑，它是通過(guò)各種結(jié)構(gòu)分析實(shí)驗(yàn)測(cè)定兩個(gè)異號(hào)離子A和B所組成的離子型化合物的核間距d求算出來(lái)的。而d等于A的半徑r1與B的半徑r2之和，即

d=r1+r2

由此可見，離子半徑只能近似地反映離子的大小，離子半徑隨配位數(shù)、離子的價(jià)數(shù)等等而改變。

離子半徑求算時(shí)，必須假設(shè)某個(gè)離子的r1為已知，然后依據(jù)r2=d-r1公式求出r2。1926年，戈?duì)柕率┟滋赜删w結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)確定了氟離子和氧離子的半徑分別是0.133 nm和0.132 nm，然后以此為基準(zhǔn)，一一推算出其他各離子的半徑。

定義一:描述離子大小的參數(shù)。取決于離子所帶電荷、電子分布和晶體結(jié)構(gòu)型式

離子半徑離子半徑電荷、電子分布和晶體結(jié)構(gòu)型式。設(shè)r陽(yáng)為陽(yáng)離子半徑，r陰為陰離子半徑。r陽(yáng)+r陰=鍵長(zhǎng)。r陽(yáng)/r陰與晶體類型有關(guān)?？蓮?a target="_blank" >鍵長(zhǎng)計(jì)算離子半徑。一般采用Goldschmidt半徑和Pauling半徑，皆是NaCl型結(jié)構(gòu)配位數(shù)為6的數(shù)據(jù)。Shannon考慮了配位數(shù)和電子自旋狀態(tài)的影響，得到兩套最新數(shù)據(jù)，其中一套數(shù)據(jù)，參考電子云密度圖，陽(yáng)離子半徑比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)大14pm，陰離子小14pm，更接近晶體實(shí)際。 定義二:反映離子大小的一個(gè)物理量。離子可近似視為球體，離子半徑的導(dǎo)出以正、負(fù)離子半徑之和等于離子鍵鍵長(zhǎng)這一原理為基礎(chǔ)，從大量X射線晶體結(jié)構(gòu)分析實(shí)測(cè)鍵長(zhǎng)值中推引出離子半徑。離子半徑的大小主要取決于離子所帶電荷和離子本身的電子分布，但還要受離子化合物結(jié)構(gòu)型式(如配位數(shù)等)的影響，離子半徑一般以配位數(shù)為6的氯化鈉型晶體為基準(zhǔn)，配位數(shù)為8時(shí)，半徑值約增加3% ;配位數(shù)為4時(shí)，半徑值下降約5%。負(fù)離子半徑一般較大，約為1.3~2.5埃;正離子半徑較小，約為0.1~1.7埃。根據(jù)正、負(fù)離子半徑值可導(dǎo)出正、負(fù)離子的半徑和及半徑比，這是闡明離子化合物性能和結(jié)構(gòu)型式的兩項(xiàng)重要因素。

1.簡(jiǎn)單陽(yáng)離子

2.多原子陽(yáng)離子

1.簡(jiǎn)單陰離子

2. 含氧酸根

3. 有機(jī)酸根離子

4. 其他陰離子

用實(shí)際參加反應(yīng)的離子符號(hào)表示離子反應(yīng)的式子。它不僅表示一定物質(zhì)間的某個(gè)反應(yīng)，而且表示了所有同一類型的離子反應(yīng)的基本步驟為:

①、寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式。

②、可溶性的強(qiáng)電解質(zhì)(強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、可溶性鹽)用離子符號(hào)表示，其它難溶的物質(zhì)、氣體、水等仍用分子式表示。微溶的強(qiáng)電解質(zhì)應(yīng)看其是否主要以自由離子形式存在，例如，石灰水中的Ca(OH)2寫離子符號(hào)，石灰乳中的Ca(OH)2用分子式表示。

③、刪去方程式兩邊不參加反應(yīng)的離子。

④、檢查式子兩邊的各種原子的個(gè)數(shù)及電荷數(shù)是否相等。

各種類型的離子方程式可按下列方法書寫:

①、珞和反應(yīng)、鹽類的水解反應(yīng)應(yīng)直接寫離子方程式。例如，氯化鐵溶液跟硫氰化鉀溶液反應(yīng):Fe+SCN[Fe(SCN]2 碳酸鈉水解:

②、簡(jiǎn)單的復(fù)分解反應(yīng)可直接寫出離子方程式。注意:當(dāng)反應(yīng)物一邊或生成物一邊有多種物質(zhì)需用分子式表示時(shí)，應(yīng)當(dāng)寫全，不可遺漏。例如，氫氧化鋇與硫酸銨溶液共熱:可溶性酸式鹽跟強(qiáng)堿的反應(yīng)比較復(fù)雜，應(yīng)按基本步驟書寫，否則易出錯(cuò)誤。

③、氧化還原類型的離子反應(yīng)應(yīng)按基本步驟書寫，否則會(huì)出現(xiàn)多種錯(cuò)誤。例如，鐵跟氯化鐵溶液反應(yīng)，以下寫法是錯(cuò)誤的(兩邊電荷不等):Fe+Fe=2Fe 應(yīng)先寫出化學(xué)方程式: Fe+2FeCl3=3FeCl2 再刪去未反應(yīng)的Cl:

Fe+2Fe=3Fe

離子液體(ILs)是完全由離子組成的在室溫或使用溫度下呈液態(tài)的鹽,一般由較大的有機(jī)陽(yáng)離子和較小的無(wú)機(jī)陰離子組成。離子液體的物化性質(zhì)以及應(yīng)用方面已有較多報(bào)道,但有關(guān)離子液體的負(fù)面影響直到最近才引起人們的注意。有報(bào)道指出:離子液體因沒(méi)有蒸氣壓,在使用過(guò)程中本身不會(huì)形成揮發(fā)性有機(jī)物而被稱為"綠色產(chǎn)品",但離子液體本身并非"綠色"產(chǎn)品---某些離子液體甚至是有毒的。Jastorff等則指出離子液體在設(shè)計(jì)應(yīng)用方面存在一定的危害,并提出應(yīng)結(jié)合多學(xué)科知識(shí)對(duì)其潛在危害性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。從離子液體的制備、再生和處置過(guò)程看:目前用于制備離子液體的主要原料(烷基取代咪唑、烷基取代吡啶、烷基取代鹽和烷基取代銨鹽等)大多是揮發(fā)性有機(jī)物;而離子液體的再生過(guò)程主要是采用具有揮發(fā)性的傳統(tǒng)有機(jī)溶劑進(jìn)行萃取的過(guò)程;某些離子液體本身是有毒且難以生物降解的。因此,在離子液體大規(guī)模應(yīng)用前需對(duì)其應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

離子液體的毒性在其對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響與應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方面起著極其重要的作用。近年來(lái)有關(guān)離子液體毒性方面的研究卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于離子液體物性及應(yīng)用研究,直到最近才有少量報(bào)道。

離子液體毒性的相關(guān)研究,國(guó)外處于起步階段,國(guó)內(nèi)尚未見相關(guān)報(bào)道。從已有研究報(bào)道看,目前的研究工作主要集中在以下兩個(gè)問(wèn)題:一是ILs對(duì)生態(tài)系統(tǒng)中各類生物的毒性作用情況;二是ILs的各部分組成對(duì)ILs毒性的影響。ILs各組成部分對(duì)其毒性的影響主要包括如下方面: (1)陽(yáng)離子核對(duì)ILs毒性的影響;(2)側(cè)鏈取代基R1、R2的長(zhǎng)度對(duì)ILs毒性的影響;(3)陰離子對(duì)ILs毒性的影響。研究方法以生物個(gè)體水平的毒性試驗(yàn)研究為主,并有少量分子、細(xì)胞水平的毒性試驗(yàn)以及SAR研究。