L'atomo di idrogeno (centro) contiene un singolo protone e un singoloelettrone. La rimozione dell'elettrone dà uncatione (a sinistra), mentre l'aggiunta di un elettrone dà unanione (a destra). L'anioneidrogeno, con la sua nube di due elettroni tenuta in modo lasco, ha un raggio maggiore dell'atomo neutro, che a sua volta è molto più grande del protone nudo del catione. L'idrogeno forma l'unico catione di carica+ 1 che non ha elettroni, ma anche i cationi che (a differenza dell'idrogeno) trattengono uno o più elettroni sono ancora più piccoli degli atomi neutri o delle molecole da cui derivano.
Gli ioni vennero teorizzati per la prima volta daMichael Faraday attorno al 1830, per descrivere quella porzione di molecole che viaggiano verso unanodo o uncatodo. Comunque il meccanismo con cui essi si ottengono, fu descritto solo nel 1884 daSvante Arrhenius nella sua dissertazione per il dottorato all'Università di Uppsala. La sua teoria fu inizialmente rigettata (passò l'esame con il minimo dei voti) ma ottenne ilPremio Nobel per la chimica nel 1903 per la stessa dissertazione.
Il fenomeno a seguito del quale un atomo perde o guadagna uno o piùelettroni viene dettoionizzazione.Infisica gli atomi completamente ionizzati, come quelli delleparticelle alfa, vengono comunemente detti particelle cariche.La ionizzazione viene eseguita solitamente tramite applicazione di alta energia agli atomi, in forma dipotenziale elettrico o radiazione. Ungas ionizzato viene dettoplasma.
Gli ioni caricati negativamente sono conosciuti comeanioni (che sono attratti daglianodi) e quelli caricati positivamente sono chiamaticationi (che sono attratti daicatodi). Gli ioni si dividono in monoatomici e poliatomici.
Per atomi singoli nel vuoto esiste unacostante fisica associata al processo di ionizzazione. L'energia richiesta per rimuovere gli elettroni da un atomo è chiamataenergia di ionizzazione (o potenziale di ionizzazione). Questi termini sono usati anche per descrivere la ionizzazione di molecole e solidi, ma i valori non sono costanti, poiché la ionizzazione è influenzata dai legami chimici locali, dalla geometria e dallatemperatura.
L'energia di ionizzazione decresce lungo un gruppo dellatavola periodica, e incrementa da sinistra a destra attraverso il periodo. Queste tendenze sono esattamente opposte a quelle delraggio atomico, questo perché, visto che lo scopo di un atomo è formare un ottetto (grazie agli elettroni di valenza), allora spostandoci maggiormente verso i gruppi di destra della tavola periodica (verso i "gas nobili") incontriamo atomi con un alto valore di energia di ionizzazione.
Si chiamaenergia di prima ionizzazione l'energia richiesta per rimuovere un elettrone,energia di seconda ionizzazione quella richiesta per rimuovere due elettroni, e così via. Le successive energie di ionizzazione sono sempre significativamente più grandi delle precedenti. Per questo motivo gli ioni tendono a formarsi in certi modi. Ad esempio, ilsodio si trova come, ma normalmente non come, a causa dell'alta energia di seconda ionizzazione richiesta, che è molto più alta dell'energia di prima ionizzazione. Analogamente, ilmagnesio si trova come e non, e l'alluminio esiste come catione.
Gli sciami atmosferici estesi (ininglese:extensive air shower, EAS) sono una cascata di particelle immersa in una bagno di radiazioni elettromagnetiche, indotta dall'ingresso di un raggio cosmico nell'atmosfera terrestre. L'ipotesi si verifica quando una particella atomica (raramente unpositrone) muovendosi ad elevate velocità prossimali avelocità della luce negli abissi dello spazio vuoto, riesce ad accoppiarsi con unnucleo atomico, liberandoadroni.
Una rete di scuole italiane partecipa alla rilevazione deimuoni che, superato l'attrito con l'atmosfera, giungerebbero fino al suolo.Il network di 46 centri scolastici collabora con ilCERN di Ginevra per documentare le prove sperimentali indirette di un fenomeno il cui l'ordine di grandezza alla fonte si aggira nell'intorno dei (dove è la sigla dell'elettronvolt). Le attività di presa a carico dei dati sono supportate dagli studenti[2].
