أيون

📅 آخر تحديث: ٢٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٠ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 11 صور
الموسوعة الحرة

إن انتقال الإلكترون من ذرة الليثيوم المتعادلة (Li) على اليسار إلى ذرة الفلور المتعادلة (F) على اليمين سيعطي أيونات Li + و F − .

الأيون ( يُلفظ /ˈaɪ.ɒn , -ən / ) [ 1 ] هو ذرة أو جزيء يحمل شحنة كهربائية صافية . تُعتبر شحنة الإلكترون سالبة اصطلاحًا ، وهي مساوية ومعاكسة لشحنة البروتون التي تُعتبر موجبة اصطلاحًا. لا تساوي الشحنة الصافية للأيون صفرًا لأن عدد إلكتروناته لا يساوي عدد بروتوناته .

الكاتيون هو أيون موجب الشحنة يحتوي على عدد أقل من الإلكترونات مقارنةً بالبروتونات [ 2 ] ( مثل أيون البوتاسيوم K + )، بينما الأنيون هو أيون سالب الشحنة يحتوي على عدد أكبر من الإلكترونات مقارنةً بالبروتونات [ 3 ] (مثل أيون الكلوريد Cl- وأيون الهيدروكسيد OH- ) . تتجاذب الشحنات الكهربائية المتعاكسة بفعل القوة الكهروستاتيكية ، لذا تتجاذب الكاتيونات والأنيونات بسهولة لتكوين مركبات أيونية . تُسمى الأيونات المكونة من ذرة واحدة فقط بالأيونات أحادية الذرة أو الأيونات الذرية أو الأيونات البسيطة ، بينما تُسمى الأيونات المكونة من ذرتين أو أكثر بالأيونات متعددة الذرات أو الأيونات الجزيئية .

تُشير علامة الرفع على اليمين إلى الشحنة الكلية للأيون. وللدلالة على شحنة +1 أو -1، يُكتب الرمز + أو - فقط على التوالي، كما هو الحال في Na + ( أيون الصوديوم ) و F-( أيون الفلوريد ). وللإشارة إلى شحنة أكبر، يُضاف عدد الإلكترونات الإضافية أو المفقودة، كما هو الحال في O 2− 2 ( بيروكسيد ، سالب الشحنة، متعدد الذرات) و He 2+ ( جسيم ألفا ، موجب الشحنة، أحادي الذرة). [ 4 ]

في حالة التأين الفيزيائي في سائل (غاز أو سائل)، تتكون "أزواج الأيونات" نتيجة تصادمات الجزيئات التلقائية، حيث يتكون كل زوج من إلكترون حر وأيون موجب. [ 5 ] كما تتكون الأيونات أيضًا من خلال التفاعلات الكيميائية، مثل ذوبان الملح في السوائل، أو بوسائل أخرى، مثل تمرير تيار مباشر عبر محلول موصل، مما يؤدي إلى ذوبان المصعد عن طريق التأين .

تاريخ الاكتشاف

اشتُقّ مصطلح "أيون" من صيغة اسم الفاعل المحايد للفعل اليوناني ἰέναι ( ienai )، والذي يعني "يذهب". الكاتيون هو جسيم يتحرك إلى أسفل ( باليونانية : κάτω ، كاتو ، بمعنى "إلى أسفل")، والأنيون هو جسيم يتحرك إلى أعلى ( باليونانية : ἄνω ، أنو ، بمعنى "إلى أعلى"). سُمّيت الأيونات بهذا الاسم لأنها تتحرك باتجاه القطب ذي الشحنة المعاكسة. وقد استُخدم هذا المصطلح (بناءً على اقتراح من العالم الإنجليزي الموسوعي ويليام ويول ) [ 6 ] من قِبل الفيزيائي والكيميائي الإنجليزي مايكل فاراداي عام 1834 لوصف نوعٍ غير معروف آنذاك ينتقل من قطبٍ إلى آخر عبر وسطٍ مائي. [ 7 ] [ 8 ] لم يكن فاراداي على دراية بطبيعة هذه الأنواع، لكنه كان يعلم أنه بما أن المعادن تذوب في المحلول وتدخله عند أحد الأقطاب، ويخرج معدن جديد من المحلول عند القطب الآخر؛ أن نوعًا من المادة قد تحرك عبر المحلول في تيار كهربائي. وهذا ينقل المادة من مكان إلى آخر. وبالتوافق مع فاراداي، صاغ ويويل أيضًا مصطلحي المصعد والمهبط ، بالإضافة إلى الأنيون والكاتيون كأيونات تنجذب إلى الأقطاب الكهربائية المعنية. [ 6 ]

قدّم سفانتي أرهينيوس ، في أطروحته عام 1884، تفسيراً لحقيقة أن الأملاح البلورية الصلبة تتفكك إلى جسيمات مشحونة مزدوجة عند ذوبانها، وهو التفسير الذي نال عنه جائزة نوبل في الكيمياء عام 1903. [ 9 ] كان تفسير أرهينيوس أن الملح، عند تكوين المحلول، يتفكك إلى أيونات فاراداي، واقترح أن هذه الأيونات تتشكل حتى في غياب التيار الكهربائي. [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]

صفات

تتميز الأيونات في حالتها الغازية بنشاطها الكيميائي العالي، حيث تتفاعل بسرعة مع أيونات ذات شحنة معاكسة لتكوين جزيئات متعادلة أو أملاح أيونية. كما تُنتج الأيونات في الحالة السائلة أو الصلبة عندما تتفاعل الأملاح مع المذيبات (مثل الماء) لتكوين غلاف مذيب حولها. وتكون هذه الأيونات المذابة أكثر استقرارًا، لأسباب تتعلق بتغيرات الطاقة والإنتروبيا أثناء ابتعاد الأيونات عن بعضها للتفاعل مع السائل. وتوجد هذه الأنواع المستقرة بكثرة في البيئة عند درجات الحرارة المنخفضة. ومن الأمثلة الشائعة على ذلك الأيونات الموجودة في مياه البحر، والتي تُشتق من الأملاح الذائبة.

باعتبارها أجسامًا مشحونة، تنجذب الأيونات إلى الشحنات الكهربائية المعاكسة (الموجبة إلى السالبة، والعكس صحيح) وتتنافر مع الشحنات المتشابهة. وعندما تتحرك، يمكن أن ينحرف مسارها بفعل المجال المغناطيسي .

تُحدد الإلكترونات، نظرًا لكتلتها الأصغر وبالتالي قدرتها على ملء الفراغ بشكل أكبر كموجات مادية ، حجم الذرات والجزيئات التي تحتوي على أي إلكترونات. لذا، فإن الأنيونات (الأيونات سالبة الشحنة) أكبر من الجزيء أو الذرة الأصلية، حيث تتنافر الإلكترونات الزائدة فيما بينها وتزيد من الحجم الفيزيائي للأيون، لأن حجمه مُحدد بسحابة الإلكترونات الخاصة به . أما الكاتيونات فهي أصغر من الذرة أو الجزيء الأصلي المقابل لها نظرًا لصغر حجم سحابة الإلكترونات. أحد الكاتيونات (أيون الهيدروجين) لا يحتوي على إلكترونات، وبالتالي يتكون من بروتون واحد فقط - وهو أصغر بكثير من ذرة الهيدروجين الأصلية.

الأنيونات والكاتيونات

تحتوي ذرة الهيدروجين (في المنتصف) على بروتون واحد وإلكترون واحد . يؤدي فقدان الإلكترون إلى تكوين كاتيون (على اليسار)، بينما يؤدي إضافة إلكترون إلى تكوين أنيون (على اليمين). يتميز أنيون الهيدروجين ، بسحابته الإلكترونية الثنائية غير المترابطة، بنصف قطر أكبر من نصف قطر الذرة المتعادلة، والذي بدوره أكبر بكثير من نصف قطر بروتون الكاتيون. يشكل الهيدروجين الكاتيون الوحيد ذو الشحنة الموجبة (+1) الذي لا يحتوي على إلكترونات، ولكن حتى الكاتيونات التي تحتفظ بإلكترون واحد أو أكثر (على عكس الهيدروجين) تظل أصغر من الذرات أو الجزيئات المتعادلة التي اشتُقت منها.

يشير مصطلحا الأنيون (−) والكاتيون (+) إلى الأيونات بحسب قطبية شحنتها الكهربائية الكلية. وبما أن الشحنة الكهربائية على البروتون تساوي في مقدارها الشحنة على الإلكترون، فإن الشحنة الكهربائية الكلية على الأيون (بوحدات الشحنة الأولية ) تساوي عدد البروتونات في الأيون مطروحًا منه عدد الإلكترونات.

أنالأنيون (−) ( / ˈ æ n ˌ aɪ . ən / ANN -eye-ən ، من الكلمة اليونانية ἄνω ( ánō )، والتي تعني "إلى الأعلى" [ 13 ] ) هو أيون يحتوي على عدد من الإلكترونات يفوق عدد البروتونات، مما يمنحه شحنة سالبة صافية (لأن الإلكترونات سالبة الشحنة والبروتونات موجبة الشحنة). [ 14 ]

أالكاتيون (+) ( / ˈ k æ t ˌ aɪ . ən / KAT -eye-ən ، من الكلمة اليونانية κάτω ( kátō )، والتي تعني "أسفل" [ 15 ] ) هو أيون يحتوي على عدد أقل من الإلكترونات مقارنة بالبروتونات، مما يمنحه شحنة موجبة صافية. [ 16 ]

توجد أسماء إضافية، وإن لم تكن معتمدة رسميًا من قبل الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) ، تُستخدم للأيونات ذات الشحنة الأكبر من 1. يُعرف الأيون ذو الشحنة -2 باسم الأنيون الثنائي ؛ ويُعرف الأيون ذو الشحنة +2 باسم الكاتيون الثنائي ؛ ويُعرف الأيون ذو الشحنة +3 باسم الكاتيون الثلاثي، وهكذا. [ 17 ] [ 18 ] أما الأيون ثنائي القطب فهو جزيء متعادل كهربائيًا يحمل شحنات موجبة وسالبة في مواقع مختلفة داخله. [ 19 ]

تُقاس الكاتيونات والأنيونات بنصف قطرها الأيوني ، وتختلف في حجمها النسبي: "الكاتيونات صغيرة، ومعظمها أقل من 10⁻¹⁰ متر (10⁻⁸ سم ) في نصف القطر. لكن معظم الأنيونات كبيرة، كما هو الحال مع أكثر الأنيونات شيوعًا على الأرض، وهو الأكسجين . من هذه الحقيقة يتضح أن معظم حيز البلورة يشغله الأنيون، وأن الكاتيونات تتلاءم مع الفراغات بينها." [ 20 ]

تم تقديم مصطلحي الأنيون والكاتيون (للأيونات التي تنتقل على التوالي إلى المصعد والمهبط أثناء التحليل الكهربائي) بواسطة مايكل فاراداي في عام 1834 بعد مشاورته مع ويليام ويول .

الظواهر الطبيعية

تنتشر الأيونات في كل مكان في الطبيعة ، وهي مسؤولة عن ظواهر متنوعة، بدءًا من توهج الشمس وصولًا إلى وجود الغلاف الأيوني للأرض . قد يكون للذرات في حالتها الأيونية لون مختلف عن الذرات المتعادلة، وبالتالي فإن امتصاص الضوء بواسطة أيونات المعادن هو ما يُعطي الأحجار الكريمة لونها . في كل من الكيمياء غير العضوية والعضوية (بما في ذلك الكيمياء الحيوية)، غالبًا ما يكون تفاعل الماء والأيونات ذا أهمية لفهم خصائص الأنظمة؛ [ 21 ] ومن الأمثلة على أهميتها تحلل الأدينوسين ثلاثي الفوسفات ( ATP )، الذي يُوفر الطاقة للعديد من التفاعلات في الأنظمة البيولوجية.

يمكن تحضير الأيونات بطرق غير كيميائية باستخدام مصادر أيونية متنوعة ، وعادةً ما تتضمن هذه الطرق جهدًا كهربائيًا عاليًا أو درجة حرارة عالية. وتُستخدم هذه المصادر في العديد من الأجهزة مثل مطياف الكتلة ، ومطياف الانبعاث الضوئي ، ومسرعات الجسيمات ، وأجهزة زرع الأيونات ، ومحركات الأيونات .

وباعتبارها جسيمات مشحونة تفاعلية، فإنها تستخدم أيضًا في تنقية الهواء عن طريق تعطيل الميكروبات، وفي الأدوات المنزلية مثل أجهزة كشف الدخان .

بما أن الإشارات وعمليات الأيض في الكائنات الحية تخضع لسيطرة تدرج أيوني دقيق عبر الأغشية ، فإن اضطراب هذا التدرج يُسهم في موت الخلايا. وهذه آلية شائعة تستغلها المبيدات الحيوية الطبيعية والاصطناعية ، بما في ذلك قنوات الأيونات مثل غراميسيدين وأمفوتريسين ( مبيد للفطريات ).

تُعد الأيونات غير العضوية المذابة أحد مكونات إجمالي المواد الصلبة المذابة ، وهو مؤشر معروف على نطاق واسع لجودة المياه .

الكشف عن الإشعاع المؤين

رسم تخطيطي لغرفة تأين، يوضح انجراف الأيونات. تنجرف الإلكترونات أسرع من الأيونات الموجبة بسبب كتلتها الأصغر بكثير. [ 5 ]
تأثير الانهيار الجليدي بين قطبين كهربائيين. يؤدي حدث التأين الأصلي إلى تحرير إلكترون واحد، وكل تصادم لاحق يحرر إلكترونًا آخر، لذلك ينبثق إلكترونان من كل تصادم: الإلكترون المؤين والإلكترون المحرر.

يُستخدم تأثير التأين الإشعاعي على الغاز على نطاق واسع للكشف عن أنواع الإشعاع المختلفة، مثل أشعة ألفا وبيتا وجاما والأشعة السينية . ينتج عن عملية التأين الأولية في هذه الأجهزة تكوين "زوج أيوني"؛ أيون موجب وإلكترون حر، نتيجة اصطدام الأيونات بالإشعاع بجزيئات الغاز. تُعد غرفة التأين أبسط هذه الكواشف، حيث تجمع جميع الشحنات الناتجة عن التأين المباشر داخل الغاز من خلال تطبيق مجال كهربائي. [ 5 ]

يستخدم كل من أنبوب جايجر-مولر والعداد النسبي ظاهرة تُعرف باسم انهيار تاونسند لمضاعفة تأثير حدث التأين الأصلي عن طريق تأثير متتالي حيث يتم إعطاء الإلكترونات الحرة طاقة كافية بواسطة المجال الكهربائي لإطلاق المزيد من الإلكترونات عن طريق اصطدام الأيونات.

كيمياء

يشير إلى الحالة المشحونة

الرموز المكافئة لذرة الحديد (Fe) التي فقدت إلكترونين، ويشار إليها باسم الحديدوز .

عند كتابة الصيغة الكيميائية لأيون [ 22 ] ، تُكتب شحنته الصافية كرقم مرفوع مباشرةً بعد الصيغة الكيميائية للجزيء/الذرة. تُكتب الشحنة الصافية بقيمتها المطلقة قبل الإشارة؛ أي أن الكاتيون ثنائي الشحنة يُشار إليه بـ 2+ بدلاً من +2 . مع ذلك، تُحذف قيمة الشحنة المطلقة للجزيئات/الذرات أحادية الشحنة؛ على سبيل المثال، يُشار إلى كاتيون الصوديوم بـ Na + وليس Na1 + .

هناك طريقة بديلة (ومقبولة) لتمثيل جزيء/ذرة ذات شحنات متعددة، وهي رسم الإشارات عدة مرات، وهذا شائع مع الفلزات الانتقالية. أحيانًا يضع الكيميائيون دائرة حول الإشارة؛ وهذا مجرد زينة ولا يغير المعنى الكيميائي. وبالتالي، فإن جميع التمثيلات الثلاثة لـ Fe²⁺ و Fe²⁺ و Fe⊕⊕ الموضحة في الشكل متكافئة.

يُستخدم مزيج من الأرقام الرومانية ورموز الشحنة لأيون اليورانيل . تُعرض حالة أكسدة المعدن بأرقام رومانية مرتفعة، بينما تُعرض شحنة المركب بأكمله برمز الزاوية بالإضافة إلى مقدار وإشارة الشحنة الكلية.

تُستخدم الأرقام الرومانية أحيانًا للدلالة على الأيونات أحادية الذرة ، خاصةً في التحليل الطيفي ؛ فعلى سبيل المثال، يُشار إلى أيون الحديد Fe²⁺ (الموجب الشحنة المزدوجة) المذكور أعلاه بالرمز Fe ( III) أو Fe³⁺ أو Fe²⁺ (حيث Fe¹⁰ لذرة حديد متعادلة، وFe²⁺ لأيون حديد أحادي التأين). يُشير الرقم الروماني إلى حالة الأكسدة الرسمية للعنصر، بينما تُشير الأرقام العربية الهندية المرتفعة إلى الشحنة الكلية. وبالتالي، يُمكن استخدام كلا الرمزين للأيونات أحادية الذرة، ولكن لا يُمكن تطبيق الأرقام الرومانية على الأيونات متعددة الذرات. مع ذلك، يُمكن دمج الرموز المستخدمة للدلالة على مركز المعدن الفردي مع مُركب متعدد الذرات، كما هو موضح في مثال أيون اليورانيل.

الفئات الفرعية

إذا احتوى الأيون على إلكترونات غير مزدوجة ، يُسمى أيونًا جذريًا . ومثل الجذور الحرة غير المشحونة، فإن الأيونات الجذرية شديدة التفاعل. أما الأيونات متعددة الذرات التي تحتوي على الأكسجين، مثل الكربونات والكبريتات، فتُسمى أنيونات الأكسجين . وتُسمى الأيونات الجزيئية التي تحتوي على رابطة واحدة على الأقل بين الكربون والهيدروجين أيونات عضوية . وإذا تركزت الشحنة في الأيون العضوي على ذرة كربون، يُسمى كاربوكاتيون (إذا كان موجب الشحنة) أو كاربانيون (إذا كان سالب الشحنة).

تشكيل

تكوين الأيونات أحادية الذرة

تتكون الأيونات أحادية الذرة نتيجة اكتساب أو فقدان الإلكترونات إلى غلاف التكافؤ (غلاف الإلكترونات الخارجي) في الذرة [ 23 ] . أما الأغلفة الداخلية للذرة فهي ممتلئة بالإلكترونات المرتبطة ارتباطًا وثيقًا بنواة الذرة الموجبة الشحنة ، وبالتالي لا تشارك في هذا النوع من التفاعل الكيميائي. وتُسمى عملية اكتساب أو فقدان الإلكترونات من ذرة أو جزيء متعادل بالتأين .

يمكن تأيين الذرات عن طريق قذفها بالإشعاع ، لكن عملية التأيين الأكثر شيوعًا في الكيمياء هي انتقال الإلكترونات بين الذرات أو الجزيئات. ويحدث هذا الانتقال عادةً نتيجة الوصول إلى توزيعات إلكترونية مستقرة (أغلفة إلكترونية مكتملة) . تكتسب الذرات أو تفقد إلكترونات تبعًا للفعل الذي يتطلب أقل طاقة.

على سبيل المثال، تحتوي ذرة الصوديوم (Na) على إلكترون واحد في غلاف تكافؤها، محاطًا بغلافين داخليين مستقرين وممتلئين يحتويان على إلكترونين وثمانية إلكترونات. ولأن هذين الغلافين الممتلئين مستقران للغاية، تميل ذرة الصوديوم إلى فقدان إلكترونها الزائد والوصول إلى هذا التكوين المستقر، لتصبح كاتيون صوديوم في هذه العملية.

نا⟶نا++هـ-{\displaystyle {\ce {Na -> Na+ + e-}}}

من جهة أخرى، تحتوي ذرة الكلور (Cl) على 7 إلكترونات في غلاف تكافؤها، أي أقل بإلكترون واحد من الغلاف المستقر الممتلئ بـ 8 إلكترونات. لذا، تميل ذرة الكلور إلى اكتساب إلكترون إضافي والوصول إلى توزيع إلكتروني مستقر بـ 8 إلكترونات ، لتصبح أيون الكلوريد في هذه العملية.

Cl+هـ-⟶Cl-{\displaystyle {\ce {Cl + e- -> Cl-}}}

هذه القوة الدافعة هي التي تُسبب تفاعلاً كيميائياً بين الصوديوم والكلور، حيث ينتقل الإلكترون "الزائد" من الصوديوم إلى الكلور، مُكَوِّناً كاتيونات الصوديوم وأنيونات الكلوريد. ونظراً لاختلاف شحناتها، تُكَوِّن هذه الكاتيونات والأنيونات روابط أيونية وتتحد لتُكَوِّن كلوريد الصوديوم (NaCl)، المعروف باسم ملح الطعام.

نا++Cl-⟶كلوريد الصوديوم{\displaystyle {\ce {Na+ + Cl- -> NaCl}}}

تكوين الأيونات متعددة الذرات

خريطة الجهد الكهروستاتيكي لأيون النترات ( NO₃⁻ ). يمثل الغلاف ثلاثي الأبعاد جهدًا متساويًا واحدًا عشوائيًا .

تتكون الأيونات متعددة الذرات والجزيئية غالبًا من اكتساب أو فقدان أيونات عنصرية، مثل البروتون ( H + )، في الجزيئات المتعادلة. على سبيل المثال، عندما يكتسب الأمونيا ( NH3 ) بروتونًا ( H + ) - وهي عملية تُسمى البروتنة - فإنه يُكوّن أيون الأمونيوم ( NH4 + ) . يمتلك كل من الأمونيا والأمونيوم نفس عدد الإلكترونات في نفس التوزيع الإلكتروني تقريبًا ، ولكن الأمونيوم يحتوي على بروتون إضافي يُكسبه شحنة موجبة صافية.

يمكن للأمونيا أيضاً أن تفقد إلكتروناً لتكتسب شحنة موجبة، مكونة أيون NH₃⁺ . ومع ذلك، فإن هذا الأيون غير مستقر، لأنه يحتوي على غلاف تكافؤ غير مكتمل حول ذرة النيتروجين، مما يجعله أيوناً جذرياً شديد التفاعل .

نظراً لعدم استقرار الأيونات الجذرية، تتشكل الأيونات متعددة الذرات والجزيئية عادةً عن طريق اكتساب أو فقدان أيونات عنصرية مثل H + ، بدلاً من اكتساب أو فقدان الإلكترونات. وهذا يسمح للجزيء بالحفاظ على تكوينه الإلكتروني المستقر مع اكتساب شحنة كهربائية.

تكوّن الأيونات في السوائل غير القطبية

لا تُعدّ السوائل ذات ثابت العزل الكهربائي المنخفض (أقل من 10) مناسبة تمامًا لتكوين الأيونات لعدة أسباب. أولًا، يكون التجاذب الكهروستاتيكي بين الكاتيون والأنيون أقوى بكثير مما هو عليه في الماء، مما يتطلب طبقة مذيبة متطورة لمنع إعادة تجمعها الفوري. مع ذلك، لا تستطيع جزيئات السوائل غير القطبية تكوين هذه الطبقة لافتقارها إلى عزم ثنائي القطب. إضافةً إلى ذلك، فإن العديد من الإلكتروليتات غير قابلة للذوبان في السوائل غير القطبية. ومع ذلك، أثبتت الأعمال الرائدة التي قام بها أونساغر وفوس وكراوس في القرن العشرين إمكانية التأين في السوائل غير القطبية. [ 24 ] [ 25 ]

أكدت سلسلة من الدراسات الحديثة التي أجراها دوخين وبارليا على مجموعة واسعة من السوائل والمواد المذابة هذه النتيجة، وسمحت بصياغة المفهوم التالي للتأين في السوائل غير القطبية، والذي يختلف اختلافًا جوهريًا عن المحاليل المائية. [ 26 ] يجب أن تكون المادة المذابة أمفيباثية، أي ذات ذيل كاره للماء ورأس قطبي، لكي تُكوّن أيونات في سائل غير قطبي. يضمن وجود الذيل الكاره للماء الذوبان، بينما يوفر وجود الرأس القطبي مصدرًا لتكوين الأيونات الأولية عن طريق التفكك. وتتمثل السمة الأبرز في تكوّن طبقة مذيبة حول الأيونات فورًا تقريبًا بعد التفكك.

لا تستطيع جزيئات المذيب تكوين طبقات مذيبة كهذه. مع ذلك، تمتلك جزيئات المذاب المتعادلة عزم ثنائي قطب عند رؤوسها القطبية. تنجذب هذه العزوم ثنائية القطب إلى الأيونات الأولية مباشرةً بعد التفكك. يُنشئ هذا التجاذب طبقة من جزيئات المذاب المتعادلة حول الأيونات المركزية، والتي يمكن اعتبارها طبقة مذيبة. تبدو هذه الأيونات المذابة كجسيمات ميكرونية معكوسة مشحونة . [ 27 ] في الأساس، تُعد جزيئات المذاب الأمفيبية في السوائل غير القطبية مصدرًا لكلٍ من التفكك والذوبان الذاتي، مما يميز هذا التأين عن المحاليل المائية بشكلٍ كبير.

أدى هذا المفهوم إلى ابتكار نظرية التوصيلية (غير المائية) التي تتوافق مع البيانات التجريبية لمجموعة واسعة من الأنظمة غير القطبية ضمن نطاق يصل إلى 7 مراتب من حيث الحجم. [ 28 ]

جهد التأين

الطاقة اللازمة لفصل إلكترون من أدنى مستوى طاقة له عن ذرة أو جزيء غاز ذي شحنة كهربائية صافية أقل تُسمى جهد التأين ، أو طاقة التأين . طاقة التأين النونية للذرة هي الطاقة اللازمة لفصل الإلكترون النوني بعد فصل الإلكترونات النونية الأولى (n -1) .

تكون طاقة التأين لكل مستوى لاحق أعلى بكثير من سابقتها. وتحدث زيادات كبيرة بشكل خاص بعد استنفاد الإلكترونات من أي مجموعة معينة من المدارات الذرية . ولهذا السبب، تميل الأيونات إلى التكوّن بطرق تُبقي مداراتها ممتلئة. على سبيل المثال، يحتوي الصوديوم على إلكترون تكافؤ واحد في غلافه الخارجي، لذا يوجد عادةً في حالته المتأينة مع فقدان إلكترون واحد، على شكل Na⁺ . وعلى الجانب الآخر من الجدول الدوري، يحتوي الكلور على سبعة إلكترونات تكافؤ، لذا يوجد عادةً في حالته المتأينة مع اكتساب إلكترون واحد، على شكل Cl⁻ . يمتلك السيزيوم أدنى طاقة تأين مُقاسة بين جميع العناصر، بينما يمتلك الهيليوم أعلى طاقة تأين. [ 29 ] بشكل عام، تكون طاقة تأين الفلزات أقل بكثير من طاقة تأين اللافلزات ، ولهذا السبب، تفقد الفلزات إلكترونات لتكوين أيونات موجبة الشحنة، بينما تكتسب اللافلزات إلكترونات لتكوين أيونات سالبة الشحنة.

الرابطة الأيونية

الرابطة الأيونية نوع من الروابط الكيميائية تنشأ من التجاذب المتبادل بين الأيونات ذات الشحنات المتعاكسة. تتنافر الأيونات ذات الشحنات المتشابهة، بينما تتجاذب الأيونات ذات الشحنات المتعاكسة. لذلك، لا توجد الأيونات عادةً منفردة، بل ترتبط بأيونات ذات شحنات معاكسة لتكوين شبكة بلورية . يُسمى المركب الناتج مركبًا أيونيًا ، ويُقال إنه متماسك بروابط أيونية . في المركبات الأيونية، توجد مسافات مميزة بين الأيونات المتجاورة، ومنها يُمكن استنتاج الامتداد المكاني ونصف القطر الأيوني لكل أيون على حدة.

يُعدّ الرابط الأيوني أكثر أنواع الروابط شيوعًا في مركبات الفلزات واللافلزات (باستثناء الغازات النبيلة التي نادرًا ما تُكوّن مركبات كيميائية). تتميز الفلزات بوجود عدد قليل من الإلكترونات الزائدة عن التوزيع الإلكتروني المستقر ذي الغلاف المغلق . ولذلك، تميل الفلزات إلى فقدان هذه الإلكترونات الزائدة للوصول إلى توزيع إلكتروني مستقر. تُعرف هذه الخاصية بالكهرإيجابية . أما اللافلزات، فتتميز بتوزيع إلكتروني ينقصه بضعة إلكترونات فقط عن التوزيع الإلكتروني المستقر. ولذلك، تميل اللافلزات إلى اكتساب المزيد من الإلكترونات للوصول إلى توزيع إلكتروني مستقر. تُعرف هذه الخاصية بالكهرسلبية . عند دمج فلز ذي كهرإيجابية عالية مع لا فلز ذي كهرسلبية عالية، تنتقل الإلكترونات الزائدة من ذرات الفلز إلى ذرات اللافلز الفقيرة بالإلكترونات. ينتج عن هذا التفاعل كاتيونات فلزية وأنيونات لا فلزية، والتي تتجاذب فيما بينها لتكوين ملح .

الأيونات الشائعة

الكاتيونات الشائعة [ 30 ]
الاسم الشائعصيغةالاسم التاريخي
الكاتيونات أحادية الذرة
الألومنيومAl 3+
الباريومBa 2+
البريليومكن 2+
الكالسيومCa 2+
الكروم (III)Cr 3+
النحاس (I)Cu +نحاسي
النحاس (II)Cu 2+النحاس
الذهب (I)Au +ذهبي
الذهب (III)Au 3+ذهبي
هيدرونH +
الحديد (II)Fe 2+الحديد
الحديد (III)Fe 3+حديدي
الرصاص (II)Pb 2+رصاصي
الرصاص (IV)Pb 4+رصاصي
الليثيوملي +
المغنيسيومMg 2+
المنغنيز (II)Mn 2+المنغنيز
المنغنيز (III)Mn 3+منجنيك
المنغنيز (IV)Mn 4+
الزئبق (II)Hg 2+الزئبق
البوتاسيومك +كاليك
فضيAg +فضي
الصوديومNa +صوديوم
السترونتيومSr 2+
القصدير (II)Sn 2+القصدير
القصدير (IV)Sn 4+ستانيك
الزنكZn 2+
الكاتيونات متعددة الذرات
الأمونيومNH + 4
الهيدرونيومH3O +​​
عطارد (I)Hg 2+ 2الزئبقي
الأنيونات الشائعة [ 30 ]
الاسم الرسميصيغةالاسم البديل
الأنيونات أحادية الذرة
البروميدBr −
الكربيدج −
كلوريدCl −
فلوريدF −
الهيدريدH −
اليودأنا -
نتريدN 3−
الفوسفيدP 3−
أكسيدO 2−
الكبريتيدS 2−
سيلينيدSe 2−
الأنيونات متعددة الذرات
أزيدN − 3
بيروكسيدO 2− 2
ثلاثي اليوديدI − 3
الأيونات الأكسجينية ( الأيونات متعددة الذرات ) [ 30 ]
كربوناتCO 2− 3
الكلوراتClO − 3
الكروماتCrO 2− 4
ثنائي الكروماتCr 2 O 2− 7
فوسفات ثنائي الهيدروجينH 2 PO − 4
بيكربونات الهيدروجينHCO − 3بيكربونات
كبريتات الهيدروجينHSO − 4كبريتات البوتاسيوم
كبريتيت الهيدروجينHSO − 3بيسلفيت
هيدروكسيدOH −
هيبوكلوريتClO −الكلوروكسيد
فوسفات أحادي الهيدروجينHPO 2− 4
نتراتNO − 3
النتريتNO − 2
بيركلوراتClO − 4
برمنجناتMnO − 4
بيروكسيدO 2− 2
فوسفاتPO 3− 4
كبريتاتSO 2− 4
الكبريتيتSO 2− 3
فوق الأكسيدO − 2
ثيوسلفاتS 2 O 2− 3
سيليكاتSiO 4− 4
ميتاسيليكاتSiO 2− 3
سيليكات الألومنيومAlSiO − 4
الأنيونات من الأحماض العضوية
خلاتCH 3 COO −إيثانوات
التنسيقHCOO −ميثانوات
الأكسالاتC 2 O 2− 4إيثانيديوات
السيانيدCN −

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "ion" . قاموس كولينز الإنجليزي . هاربر كولينز . ​​OCLC 1120411289 . قاموس كولينز الإنجليزي | متاح مجاناً على الإنترنت . مؤرشف من الأصل بتاريخ 24 ديسمبر 2013. تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 ديسمبر 2013 .{{cite web}}: CS1 maint: bot: حالة عنوان URL الأصلي غير معروفة ( رابط ) .
  2. ↑ "كاتيون" . قاموس Merriam-Webster.com . Merriam-Webster. OCLC 1032680871. تم الاطلاع عليه بتاريخ 6 أكتوبر 2021 . "تعريف الكاتيون" . مؤرشف من الأصل في 6 أكتوبر 2021. تم الاطلاع عليه في 6 أكتوبر 2021 .{{cite web}}: CS1 maint: bot: حالة عنوان URL الأصلي غير معروفة ( رابط ) .
  3. ↑ "أنيون" . قاموس Merriam-Webster.com . Merriam-Webster. OCLC 1032680871. تم الاطلاع عليه بتاريخ 6 أكتوبر 2021 . "تعريف الأنيون" . مؤرشف من الأصل في 6 أكتوبر 2021. تم الاطلاع عليه في 6 أكتوبر 2021 .{{cite web}}: CS1 maint: bot: حالة عنوان URL الأصلي غير معروفة ( رابط ) .
  4. ↑ "ما هو الأيون؟ تعريف وأمثلة" . ThoughtCo . مؤرشف من الأصل بتاريخ 26 أغسطس 2024. تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 أغسطس 2024 .
  5. 1 2 3 كنول، جلين ف. (1999). الكشف عن الإشعاع وقياسه ( الطبعة الثالثة). نيويورك: وايلي . ISBN  978-0-471-07338-3.
  6. 1 2 فرانك أ. ج. ل. جيمس، محرر. (1991). مراسلات مايكل فاراداي، المجلد 2: 1832-1840 . ص 183. ISBN  9780863412493أُرشف من الأصل بتاريخ 14 أبريل 2021. تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 أكتوبر 2020 .
  7. ↑ مايكل فاراداي (1791-1867) . المملكة المتحدة: بي بي سي . مؤرشف من الأصل في 25 أغسطس 2016. تم الاطلاع عليه في 21 ديسمبر 2019 .
  8. ↑ "قاموس أصول الكلمات على الإنترنت" . مؤرشف من الأصل في 14 مايو 2011. تم الاطلاع عليه في 7 يناير 2011 .
  9. ↑ «جائزة نوبل في الكيمياء 1903» . nobelprize.org . مؤرشف من الأصل في 8 يوليو 2018. تم الاطلاع عليه في 13 يونيو 2017 .
  10. ↑ هاريس، ويليام؛ ليفي ، جوديث، محرران. (1976). موسوعة كولومبيا الجديدة ( الطبعة الرابعة). مدينة نيويورك: جامعة كولومبيا . ص 155. ISBN   978-0-231-03572-9.
  11. ↑ غوتز، فيليب و. (1992). ماكهنري، تشارلز (محرر). الموسوعة البريطانية الجديدة . المجلد 1 (الطبعة 15 ). شيكاغو: شركة موسوعة بريتانيكا. ص 587. رمز Bibcode : 1991neb..book.....G . ISBN    978-0-85229-553-3.
  12. ↑ سيليسبي، تشارلز، محرر. (1970). قاموس السير العلمية ( الطبعة الأولى). مدينة نيويورك: تشارلز سكريبنر وأولاده . الصفحات 296-302 . ISBN   978-0-684-10112-5.
  13. ↑ مطبعة جامعة أكسفورد (2013). "مرجع أكسفورد: نظرة عامة على الأنيون" . oxfordreference.com. مؤرشف من الأصل في 18 يناير 2017. تم الاطلاع عليه في 15 يناير 2017 .
  14. ↑ جامعة كولورادو بولدر (21 نوفمبر 2013). "الذرات والعناصر، النظائر والأيونات" . colorado.edu. مؤرشف من الأصل في 2 فبراير 2015. تم الاطلاع عليه في 22 نوفمبر 2013 .
  15. ↑ مطبعة جامعة أكسفورد (2013). "مرجع أكسفورد: نظرة عامة" . oxfordreference.com. مؤرشف من الأصل في 18 يناير 2017. تم الاطلاع عليه في 15 يناير 2017 .
  16. ↑ دوغلاس دبليو. هايويك، دكتوراه؛ جامعة جنوب ألاباما (2007-2008). "الكيمياء الأولية" (ملف PDF) . usouthal.edu. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في 4 ديسمبر 2011. تم الاطلاع عليه في 22 نوفمبر 2013 .
  17. ↑ "الأيونات والمركبات الأيونية" . أكاديمية الكيمياء . مؤرشف من الأصل في 10 أبريل 2026. تم الاطلاع عليه في 14 يوليو 2026 .
  18. ↑ هنري أ. فافر؛ وارن هـ. باول (17 ديسمبر 2013). تسمية الكيمياء العضوية: توصيات الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية والأسماء المفضلة 2013 (ملف PDF) . الجمعية الملكية للكيمياء. ISBN 9780854041824تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 يوليو 2026 .{{cite book}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  19. ↑ جامعة بيردو (21 نوفمبر 2013). "الأحماض الأمينية" . purdue.edu. مؤرشف من الأصل في 13 يوليو 2011. تم الاطلاع عليه في 22 نوفمبر 2013 .
  20. ↑ بريس، فرانك؛ سيفر، ريموند (1986). الأرض ( الطبعة الرابعة عشرة). نيويورك: دبليو إتش فريمان وشركاه . ص 63. ISBN   0-7167-1743-3. OCLC 12556840 . 
  21. ↑ بوكريس، جون أو إم؛ ريدي، أموليا كيه إن (1998). الكيمياء الكهربائية الحديثة 1. doi : 10.1007 /b114546 . ISBN 978-0-306-45554-4.
  22. ↑ بوروز، أندرو. (21 مارس 2013). الكيمياء³ : مدخل إلى الكيمياء غير العضوية والعضوية والفيزيائية ( الطبعة الثانية). أكسفورد: مطبعة جامعة أكسفورد. ISBN   978-0-19-969185-2. OCLC 818450212 . 
  23. ↑ بيتروتشي، رالف هـ.؛ هاروود، ويليام س.؛ هيرينغ، ف. جيفري (2002). الكيمياء العامة: المبادئ والتطبيقات الحديثة ( الطبعة الثامنة). أبر سادل ريفر، نيوجيرسي: برنتيس هول. ص 339. ISBN   978-0-13-014329-7LCCN 2001032331 . OCLC 46872308 .​  
  24. ↑ أونساغر ل (1927). "تقرير عن مراجعة نظرية التوصيلية". معاملات جمعية فاراداي 23 : 341-349 . doi : 10.1039 /tf9272300341 .
  25. ↑ فوس آر إم؛ كراوس سي إيه (1933). "خواص المحاليل الإلكتروليتية. الجزء الثالث: ثابت التفكك". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 55 (3): 1019-1028 . Bibcode : 1933JAChS..55.1019F . doi : 10.1021/ja01330a023 .
  26. ↑ دوخين، أ.س.؛ بارليا، س. (2018). "نظرية توصيل أزواج الأيونات V: الحجم الحرج للأيون ونطاق وجود أزواج الأيونات". مجلة الجمعية الكهروكيميائية . 165 (14): E784– E792. Bibcode : 2018JElS..165E.784D . doi : 10.1149/2.0821814jes .
  27. ↑ موريسون، آي دي (1993). "الشحنات الكهربائية في الأوساط غير المائية". الغرويات والأسطح أ . 71 : 1-37 . doi : 10.1016/0927-7757(93)80026-B .
  28. ↑ دوخين، أ.س.؛ بارليا، س. (2015). "تطبيق نظرية توصيل الأزواج الأيونية على البيانات المقاسة لمختلف مخاليط الكحول والتولوين عبر نطاق التركيز الكامل". مجلة الجمعية الكهروكيميائية ، 162 (4): H256– H263. Bibcode : 2015JElS..162.H256D . doi : 10.1149/2.0761504jes .
  29. ↑ العناصر الكيميائية مُرتبة حسب طاقة التأين. مؤرشف بتاريخ 30 مارس 2009 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine) . Lenntech.com
  30. 1 2 3 "الأيونات الشائعة وشحناتها" (ملف PDF) . موقع ساينس جيك . مؤرشف (ملف PDF) من النسخة الأصلية بتاريخ 18 فبراير 2018. تم الاطلاع عليه بتاريخ 11 مايو 2018 .