Ио́ны (от греч. ion — идущий), электрически заряженные частицы, образующиеся в результате потери или присоединения одного или нескольких электронов (или других заряженных частиц) к атому, молекуле, радикалу или другому иону. Положительно заряженные ионы называются катионами, отрицательно заряженные ионы — анионами. Термин предложен М. Фарадеем в 1834 г.
Ионы обозначают химическим символом с индексом, расположенным вверху справа. Индекс указывает знак и величину заряда, т. е. кратность иона, в единицах заряда электрона. При потере или приобретении атомом 1, 2, 3... электронов образуются, соответственно, одно-, двух- и трЕхзарядные ионы (см. Ионизация), например Na+, Ca2+, Al3+, Cl-, SO42-.
Атомные ионы обозначают также химическим символом элемента с римскими цифрами, указывающими кратность иона, в этом случае римские цифры являются спектроскопическими символами и их значение больше величины заряда на единицу, т. е. NI означает нейтральный атом N, обозначение иона NII означает однократно заряженный ион N+, NIII означает N2+.
Последовательность ионов различных химических элементов, содержащих одинаковое число электронов, образует изоэлектронный ряд.
Ионы могут входить в состав молекул веществ, образуя молекулы благодаря ионной связи. В виде самостоятельных частиц, в несвязанном состоянии, ионы встречаются во всех агрегатных состояниях вещества — в газах (в частности, в атмосфере), в жидкостях (в расплавах и в растворах), в кристаллах. В жидкостях, в зависимости от природы растворителя и растворенного вещества, ионы могут существовать бесконечно долго, например, ион Na+ в водном растворе поваренной соли NaCl. Соли в твердом состоянии обычно образуют ионные кристаллы. Кристаллическая решетка металлов состоит из положительно заряженных ионов, внутри которой находится «электронный газ». Энергия взаимодействия атомных ионов может быть вычислена с помощью различных приближенных методов, учитывающих межатомное взаимодействие.
Образование ионов происходит в процессе ионизации. Для удаления электрона из нейтрального атома или молекулы необходимо затратить определенную энергию, которая называется энергией ионизации. Энергия ионизации, отнесенная к заряду электрона, называется ионизационным потенциалом. Сродство к электрону — характеристика, противоположная энергии ионизации, и показывает величину энергии связи дополнительного электрона в отрицательном ионе.
Нейтральные атомы и молекулы ионизируются под действием квантов оптического излучения, рентгеновского и g-излучения, электрического поля при столкновении с другими атомами, частицами и т. д.
В газах ионы образуются в основном под действием ударов частиц большой энергии или при фотоионизации под действием ультрафиолетовых, рентгеновских и g-лучей (см. Ионизирующие излучения). Образовавшиеся таким путем ионы в обычных условиях недолговечны. 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.
Ионы в газах играют большую роль во многих явлениях. В природных условиях ионы образуются в воздухе под действием космических лучей, солнечного излучения или электрического разряда (молнии). Присутствие ионов, их вид и концентрация влияют на многие физические свойства воздуха, на его физиологическую активность.