الايون بالإنجليزيةIon ، تعبير عن ذرة اومجموعة ذرات غير متعادلة من ناحية كهربائية، اي انها اكتسبت شحنة كهربائية بعد تفاعل كيميائي (اخذت اواعطت الكترونات لذرة اومجموعة ذرات اخرى) ويوجد ايضًا ايون على شكل مجموعة من الذرات وتسمى هذه المجموعة مجموعة ايونية، والايون نوعان:

التاريخ والاكتشاف

يعود الفضل إلى الكيميائي السويدي س.أ. أرِنيوس S.A.Arrhenius عام 1884، في إدخال مفهوم الأيون أوالشاردة. فقد بَّين حتى إذابة ملح في الماء، أوتمديد الحموض والأسس بالماء، يحولها إلى أيونات، بحيث يمكنها حتى تتحرك في وعاء فولطا كالمبيَّن في الشكل (1)، وبحيث تتجه الكاتيونات نحوالمهبط والأنيونات نحوالمصعد وهومبدأ الكيمياء الكهربائيةelectrochemistry.

أيون موجب (كاتيون)

وهوذرة غير متعادلة كهربائيًا عدد البروتونات فيها اكبر من عدد الالكترونات اي ان الشحنة الموجبة في الذرة اعلى من الشحنة السالبة.يتكون الايون الموجب عن طريق خسارة الذرة للالكترونات (مقدار الشحنة الموجبةالتي تاخذها الذرة يتعلق بعدد الالكترونات التي تخسرها الذرة). فمثلاً اذا خسرت الذرة الكترونًا واحدًا بعد ان كانت حيادية(عدد الالكترونات = عدد البروتونات) فعدد البروتونات يصبح فيها اكبر من عدد الالكترونات بوحدة واحدة اي ان الذرة تشحن بشحنة موجبة(1+).

أيون سالب (انيون)

وهوذرة غير متعادلة كهربائيًا عدد الالكترونات فيها اكبر من عدد البروتونات، اي ان الشحنة السالبة في الذرة اكبر من الشحنة الموجبة. مقدار الشحنة السالبة للذرة يتعلق بعدد الالكترونات التي تكتسبها الذرة، فمثلاً اذا اكتسبت الذرة الكترون واحد، فعدد الالكترونات يصبح فيها اكبر بوحدة واحدة من عدد البروتونات وبما ان شحنة الالكترون سالبة، اذن تشحن الذرة بشحنة(1-).

كيمياء

تشكل الأيونات متعددة الذرات والجزيئية

تقاس الطاقة اللازمة لتأيين ذرة غاز معتدلة بطرائق عديدة، وهي طاقة مميزة للغاز، وهي تراوح بين بضعة أجزاء من الإلكترون فولط، كما هوالحال في المعادن القلوية (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) و25 إلكترون فولط لذرة الهليوم. إذا حرف الأيونات الموجبة في حقول كهربائية وأخرى مغنطيسية، يمكن من قياس النسبة بين شحنة الأيون q وكتلته M. وهذا هومبدأ عمل المطياف الكتلوي.

كما يمكن تمييز الأيونات باستخدام طرائق التحليل الطيفي الضوئي؛ فالخطوط الطيفية الصادرة عن أيونات غاز ما، والتي تحدث لدى إثارتها في أنبوب انفراغ كهربائي، مميزة للغاز المدروس، وهي تختلف باختلاف عدد الإلكترونات التي تم انتزاعها من ذرات الغاز المعتدلة.

تؤدي الأيونات كذلك دوراً مهماً في الحالة الصلبة للمادة؛ إذ إنَّ معظم الأملاح توجد على هيئة بلورات؛ بمعنى حتى ذراتها تصطف بشكل منتظم بحيث يجاور الأيونُ الموجبُ أيوناً سالباً إلى غير ذلك.

إنَّ الطاقة الكهراكدة لتآثر الأيونات بعضها مع بعض في البلورات الأيونية يفسر سبب تماسكها. كما حتى انزياحات الأيونات عن مواضعها في تلك البلورات، وهي انزياحات ضئيلة ـ يجعلها غير ناقلة للكهرباء. وفي بعض الحالات، كما هوالحال في الكوارتز، تقود هذه الانزياحات إلى ظاهرة الكهرباء الضغطية (الكهرباء الإجهادية) Piezoelectr.

تواجده

لا يقتصر وجود الأيونات أوالشوارد على السوائل، بل يتعداها إلى الأجسام الصلبة والغازات.

إذ يمكن لذرات الغاز أوجزيئاته حتى تفقد إلكتروناً أوأكثر بإحدى الطرق الآتية:

1ـ إذا وجود حقل كهربائي شديد في نهاية رأس مؤنَّف، مغذىً بجهد كهربائي عال، يؤين الهواء المجاور له؛ مما يجعل الرأس المؤنف يدفع الأيونات المماثلة له في الشحنة بعيداً عنه، كما هوواضح في الشكل (2). وهذا هوالمبدأ الذي تعمل عليه وسيلة الحماية من الصواعق [ر: الصاعقة]، وهوالمبدأ الذي يعتمد عليه عمل مسرع فان دي غراف van de graaff.

2ـ إذا مرور جسيمات عالية الطاقة في غاز يؤين ذراته. ويمكن حتى تكون هذه الجسيمات إلكترونات مولدة في أنبوب أشعة مهبطي، أوحتى تكون إشعاعات α أوβ أوγ صادرة عن مادة مشعة. إذا تشكل هذه الأيونات في عداد غايغر - موللر، وما يتبعه من انفراغ فيه، يمهد الطريق لعد الأيونات إلكترونياً، كما حتى تكاثف قطيرات الماء في حجرة ويلسن حول الأيونات يجعل مسارات الجسيمات التي ولَّدتها مرئية.

تتحول جميع ذرات العناصر وهي بالحالة الغازية، بما في ذلك ذرات الغازات الخاملة، إلى كاتيونات غازية بالانفراغ الكهربائي تحت ضغط منخفض. وتشكل بعض الذرات أنيونات غازية شحنتها -1. وتشكل الجزيئات أيضاً أيونات بعمل الانفراغ الكهربائي. فبالانفراغ الكهربائي في أنبوب مملوء بغاز الميتان CH4، تتشكَّل أيونات جزيئيَّة غازية مثل CH₂⁺ CH₁⁺ CH₄⁺ CH₃+ وأيونات ذرية مثل H⁺ ،C₃⁺ ،C⁺⁺ ، C.

ولبعض الذرات الغازية قدرة على ضم إلكترون إضافي معضلة أيوناً سالباً مثل I- أوخسارة إلكترون معضلة أيوناً موجباً مثل I+. وهنالك ذرات كثيرة لها ميل شديد لضم إلكترونات لها، أولها ميل شديد للتخلي عن إلكترونات مما يجعل الأيونات السالبة أوالموجبة، المتشكلة شديدة الثبات حيث توجد في معظم مركبات هذه العناصر.

وأيون I- هوالأيون الوحيد الثابت في مركبات اليود. يطلق على هذا الأيون اسم «يوديد» وهوموجود في ضروب اليوديد التي تشكلها المعادن النشيطة كيمياوياً (الفعّالة). كما تشكل باقي الهالوجينات أنيونات وحيدة الشحنة مثل أيون الفلوريد F- وأيون الكلوريد Cl- وأيون البروميد Br-.

تميل الذرات المعتدلة للمعادن القلوية حتى تتخلى عن الكتروناتها الخارجية، إذ تحوي الذرة المعتدلة إلكتروناً في الطبقة الخارجية ضعيف الارتباط، بحيث تتخلى الذرة عن هذا الإلكترون الضعيف الارتباط بوجود الهالوجين ذي الميل الشديد لضم إلكترون، فيخسر المعدن إلكترونه مشكّلاً أيوناً موجباً ذا شحنة قدرها +1. وهذه الكاتيونات التي توجد في جميع مركبات المعادن القلوية تقريباً هي: أيون الليثيوم Li+، وأيون الصوديوم Na+، وأيون البوتاسيوم K+، وأيون الروبيديوم Rb+، وأيون السيزيوم Cs+.

المعادن القلوية (وهي عناصر الفصيلة I من الجدول الدوري) أيوناتها ذات شحنة موجبة قدرها +1، لأنّ ذراتها تحوي إلكتروناً واحداً إضافة إلى بنية غاز خامل، ويمكن التخلي عن هذا الإلكترون بسهولة. وتشكل الهالوجينات، في الفصيلة VII من الجدول الدوري أيونات سالبة أحادية الشحنة، لأن ذرة العنصر فيها سبعة الكترونات في طبقتها الخارجية أي تحوي إلكتروناً واحداً أقل من ذرة غاز خامل ولذا ترتبط مع إلكترون بسهولة.

وبصورة مشابهة، فإن ذرات عناصر الفصيلة II من الجدول الدوري تخسر إلكترونين وتتشكل أيونات (Be++,Mg++ ,Ca++,Sr++, Ba++,Ra++) لها بنية غاز خامل.

وتشكل عناصر الفصيلة III أيونات ثلاثية الشحنة الموجبة، وعناصر المجموعة VI أيونات ثنائية الشحنة السالبة.

تتكوّن المركبات الأيونية بين المعادن الفعّالة، في الفصائل III, II, I واللامعادن ذات الكهرسلبية العالية، في الزاوية العليا إلى يمين الجدول الدوري.

إضافة إلى ذلك تتكون مركبات أيونية حاوية كاتيونات معادن فعّالة مع أنيونات الحموض، خاصة الحموض الأكسجينية. والحموض الأكسجينية الرئيسة هي: حمض الكربون H₂CO₃ وأيونه السالب هوالكربونات CO3-- وحمض السيليكون H₄SiO₄ وأيونه السالب هوالسيليكات SiO44-، وحمض الآزوت HNO₃ وأيونه السالب النترات NO3-، وحمض الفوسفور H₃PO₄ وأيونه السالب الفوسفات PO43-، وحمض الكبريت H₂SO₄ وأيونة السالب الكبريتات SO₄-- وحمض الكبريت (IV) وأيونه السالب الكبريتيت SO₃--، وحمض فوق الكلور HClO₄ وأيونه السالب فوق الكلورات ClO₄-، وحمض الكلور HClO₃ وأيونه السالب الكلورات ClO₃-.

3 ـ إذا مرور الأشعة فوق البنفسجية في غاز يؤين ذراته، وتسمى ظاهرة التأيين هذه باسم التأيين الضوئي photoionization، وهي ظاهرة تحدث في الغلاف الجوي الخارجي على ازدياد بضع مئات من الكيلومترات فوق سطح الأرض، في منطقة تسمى الغلاف الأيوني Ionosphere. حيثقد يكون الهواء هناك مخلخلاً، ويتأين بشدة بعمل الأشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس.

قائمة الأيونات الشائعة

انظر أيضاً

• Air ionizer
• أنود
• كاثود
• Ion beam
• Ion source
• Ionic radius
• Auroras
• List of plasma (physics) articles

الهامش

وصلات خارجية

• Department of Education, Newfoundland and Labrador-Canada "Periodic Chart of IonsPDF (70.9 KiB)". A Periodic table reporting ionic charges for every chemical element.