Ионы — это частицы, состоящие из одного или нескольких атомов и несущие электрический заряд. Этот заряд возникает из-за того, что число электронов в частице не соответствует суммарному положительному заряду всех атомных ядер. Химические вещества, построенные из таких частиц, называют ионными соединениями.

При написании формулы иона его заряд указывается справа вверху, причём если заряд единичный, то пишется просто знак «+» или «—», а если заряд двойной, тройной и т.д., то пишется сначала число, а потом знак: например, «2+» или «3—». Обратите внимание, что величина заряда в формуле иона относится ко всему иону в целом; в этом заключается отличие от индекса, который пишется внизу и относится только к тому химическому символу, справа от которого стоит. Например, формула сульфат-иона «SO₄^2—» говорит нам, что в состав иона входит один атом серы и четыре атома кислорода, и при этом вся пятиатомная частица в целом несёт двойной отрицательный заряд (т.е. содержит на два электрона больше, чем необходимо для погашения положительного заряда атомных ядер).

По закону Кулона между разноимённо заряженными ионами действует электростатическое притяжение, которое и представляет собой ионную связь. При этом катионы и анионы соединяются в такой пропорции, чтобы положительный и отрицательный заряды в точности компенсировали друг друга. Благодаря этому состав ионных соединений строго определён: заряд иона задаёт, в каком соотношении ему следует соединяться с ионами другого знака — противоионами. Таким образом, валентность иона равна абсолютной величине его заряда (то есть величине заряда без учёта знака).

Интересно знать! Заряд одноатомных ионов обычно составляет одну или две единицы по абсолютной величине, но можно привести примеры Th⁴⁺ (во фториде тория ThF₄) и C^4— (в карбиде бериллия Be₂C). При этом многозарядные одноатомные анионы типа O^2— или P^3— могут существовать лишь в составе соединений, так как в изолированном ионе принятые атомом электроны слишком сильно отталкиваются друг от друга.

Как видно из таблицы с примерами, анионы обычно содержат атомы неметаллов, которым свойственно принимать электроны; катионы же чаще содержат атомы металлов, т.к. металлам свойственно отдавать электроны. Более того: одноатомные катионы, существующие в составе ионных соединений, — это всегда катионы металлов.

Типичными примерами ионных соединений являются соединения щелочных (Li — Cs) и щелочноземельных (Ca, Sr, Ba) металлов, в том числе их гидроксиды, являющиеся по причине своей ионной природы сильными основаниями — щелочами. Ионное строение также характерно для солей кислородсодержащих кислот (нитратов, сульфатов, фосфатов и других). Оксиды и галогениды металлов часто имеют ионную природу (MgO, FeCl₂, AlF₃), но в случае низкой активности либо высокой валентности металла образование катионов этого металла может стать невыгодным (например, вещества HgCl₂, OsO₄, WF₆ построены не из ионов, а из молекул).

Интересно знать! Катион H⁺, который образуется при диссоциации кислот, не способен образовывать ионную связь и существует только в растворе. Всё дело в том, что в ионе H⁺ вообще нет электронов: он представляет собой просто ядро атома водорода и поэтому имеет очень маленькие размеры. Они позволяют ему «вонзиться» в электронное облако любого аниона, поэтому ионной связи между анионом и H⁺ не получается. Эти же маленькие размеры позволяют частице H⁺ «вонзаться» в электронное облако молекулы растворителя (например, воды) и таким образом существовать в растворе какой-нибудь кислоты. Ион гидроксония OH₃⁺, приведённый в таблице выше, — результат как раз такого взаимодействия. Аналогичным образом из молекулы аммиака получается ион аммония NH₄⁺.

Наиболее выгодным для взаимного притяжения является «шахматный» порядок расположения ионов, при котором ион одного знака окружён ионами другого знака (противоионами). Из-за этого стремления к упорядоченности ионные соединения обычно имеют высокие температуры плавления.

Интересно знать! Кулоновское притяжение пропорционально зарядам и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними, поэтому с увеличением заряда ионов температура плавления ионных соединений обычно растёт, а с увеличением размера ионов — падает:

Если ионное соединение не разлагается даже при кипении, то оно переходит в молекулярную форму. Например, твёрдый хлорид фосфора (V) состоит из PCl₄⁺ и PCl₆^—, а газообразный — из молекул PCl₅; твёрдый оксид азота (V) состоит из NO₂⁺ и NO₃^—, а газообразный — из молекул N₂O₅.

Ионным соединениям свойственна хрупкость, поскольку малейшая деформация кристалла может привести к смене притяжения отталкиванием.

Электрический ток ионные соединения могут проводить лишь в растворённом или расплавленном состоянии, потому что в твёрдом кристалле носители электрического заряда — ионы — не способны направленно двигаться.