ИОНЫ (греч. ion идущий) — электрически заряженные частицы, образующиеся при потере или приобретении электронов атомами или группами атомов. Такими группами могут быть молекулы, радикалы или другие ионы. Понятие «ионы» введено в 1834 г. Фарадеем (М. Faraday), предположившим, что электропроводность р-ров обусловлена движением электрически заряженных частиц (ионов). Положительно заряженные И., движущиеся в р-ре к отрицательному полюсу (катоду), Фарадей назвал катионами, а отрицательно заряженные И., движущиеся к положительному полюсу (аноду),— анионами.
Величина заряда И. соответствует числу потерянных и приобретенных электронов.
И. в виде самостоятельных частиц встречаются не только в жидкостях, но и в газах, кристаллах.
В газах И. образуются большей частью под действием ударов частиц большой энергии или под действием ультрафиолетовых, рентгеновских или гамма-лучей (см. Аэроионизация, Ионизирующие излучения). В воздухе И. образуются в природных условиях под действием космических лучей, солнечного излучения и электрического разряда. И. в большой степени определяют физиол, активность воздуха (см. Ионизация воздуха). На использовании И. основаны многие методы экспериментального исследования (см. Ионография, Масс-спектрометрия). В организме И. являются непременными участниками обмена веществ.
С. Аррениус доказал, что в любом р-ре всегда содержатся свободные И. и отношение молекул, распавшихся на И., к общему количеству молекул определяет степень диссоциации р-ра этих молекул (см. Диссоциация, в химии; Электролиты). Обратному соединению И. в молекулы препятствует гидратация (см.), к-рая происходит за счет связывания молекул воды при помощи водородной связи или ориентации полярных молекул воды вокруг И. Наибольшей величины гидратация достигает у И. с малым радиусом и с большим зарядом. Гидратация уменьшает скорость перемещения И. в р-ре.
Перемещение И. в электрическом поле за единицу времени называется скоростью движения И.; скорость движения И., отнесенная к градиенту напряжения,— абсолютной скоростью движения И.; произведение абсолютной скорости движения И. на число Фарадея (т. е. на величину электрического заряда, прохождение к-рого через электролит приводит к выделению на электроде 1 моля одновалентного вещества у каждого из электродов) — подвижностью И. Наиболее подвижны И. водорода (H+) и гидроксила (OH-). По подвижности И. можно судить о величине гидратации И. На основании различий в величине электрических зарядов и подвижности разных И. основаны многочисленные методы хим. анализа, широко применяемые в медико-биол. и клин, исследованиях (см. Биохимические методы исследования, Хроматография и др.).
В слабых электролитах и в р-рах малой концентрации подвижность И. не зависит от концентрации р-ра и наличия в нем других веществ. С повышением концентрации И., а также в р-рах сильных электролитов увеличивается электростатическое взаимодействие между всеми И. в р-ре и между И. и молекулами растворителя. Это приводит к тому, что не все И. оказываются способными участвовать в тех или иных процессах или реакциях. Чтобы учесть это обстоятельство, было введено понятие «активность», представляющее собой произведение концентрации на некоторый переменный фактор — коэффициент активности, включающий поправку на силы взаимодействия. Величина этого коэффициента показывает, во сколько раз уменьшается активность И. в данном р-ре по сравнению с р-ром бесконечно большого разведения.
Биол, роль И. определяется специфическими свойствами разных И. и производимым ими осмотическим давлением (см. Осмотическое давление) .
И. обеспечивают осмотический баланс клеток со средой, т. е. они ответственны за то, чтобы общее количество И. в клетках и тканевых жидкостях в норме поддерживалось на определенном уровне (см. Водно-солевой обмен, Гидратация, Гомеостаз, Минеральный обмен).
Одними из основных И., участвующих в поддержании осмотического баланса внутренней среды организма, являются И. натрия, составляющие более 90% внеклеточных электролитов. Если концентрация внеклеточного натрия становится выше нормы, то вода выходит из клеток.
Важным биол, феноменом является асимметричное распределение И. между клетками и средой, заключающееся, в частности, в том, что внутри клетки И. калия оказывается больше, а И. натрия меньше, чем в окружающей среде. Асимметричное распределение И. лежит в основе возникновения мембранного потенциала (см. Биоэлектрические потенциалы). Неравномерное распределение И. между клетками и средой поддерживается как механизмами пассивного распределения по электрохим. градиенту, так и механизмом активного транспорта, в частности работой натриевого насоса (см. Транспорт ионов).
Изменение распределения И. между клетками и средой, происходящее при различных воздействиях, определяет роль различных И. в механизмах регуляции проницаемости биол, мембран для различных веществ (см. Мембраны биологические, Проницаемость), в мышечном сокращении (см.) и проведении нервного импульса (см. Нервные волокна).
Важным фактором обеспечения нормальной жизнедеятельности является поддержание постоянного соотношения различных И. в клетках. Это, в частности, связано с явлением антагонизма И., к-рое заключается в том, что физиол, эффект смеси И. меньше, чем действие каждого И. в отдельности; при этом если действие отдельных И. может быть токсическим, то в смеси И. будут проявлять взаимное обезвреживающее действие. Количественное соотношение между ионами-антагонистами у различных объектов более или менее совпадает. Совместное действие нескольких И. способствует стабилизации свойств биол, мембран.
Регуляция ионного обмена в организме осуществляется в основном почками. Наиболее часто встречающимися нарушениями постоянства концентрации различных И. являются гипернатриемия (см. Водно-солевой обмен), гипонатриемия (см.), гиперкалиемия (см.) и гипокалиемия (см.), гипермагниемия (см.), а также нарушения содержания анионов-хлоридов (см. Гиперхлоремия, Гипохлоремия), бикарбонатов, фосфатов (см. Фосфатемия).
Все это учитывается при проведении инфузионной терапии, реанимационных мероприятиях и других случаях, когда имеет место значительное обезвоживание организма, кровопотеря, и другие состояния, сопровождаемые сдвигами в ионном (солевом) равновесии.
См. также Ионообменные реакции.
Библиография: Биофизика, под ред. Б. Н. Тарусова и О. Р. Колье, М., 1968; Боголюбов В. М. Патогенез и клиника водно-электролитных расстройств, Л., 1968, библиогр.
Л. Г. Яглова.