یون چیست؟

مفاهیم اصلی یون

در این آموزش یاد بگیرید که یون چیست و چرا در شیمی اهمیت دارد.

موضوعات تحت پوشش در مقالات دیگر

• کاتیون ها و آنیون ها
• الکتروشیمی
• آنتالپی و آنتروپی پیوند
• انرژی یونیزاسیون
• میل الکترونی

تعریف یون

یون یک اتم یا مولکول با بار الکتریکی مثبت یا منفی است. یک یون دارای بار است زیرا تعداد پروتون ها با تعداد الکترون ها برابر نیست. برای یافتن تعداد پروتون ها و الکترون ها، این مقاله را بررسی کنید . این نابرابری با اضافه یا حذف الکترون از یک اتم به وجود می آید. آنها را می توان از طریق فرآیندهای شیمیایی یا با شکستن پیوندهای کووالانسی از مولکول های خنثی حذف کرد تا توزیع الکترون نابرابر باشد. یک مثال می تواند واکنش یک اتم سدیم با یک اتم کلر باشد که یک کاتیون سدیم مثبت و یک آنیون کلرید منفی را تشکیل می دهد.

اگر در یک اتم پروتون های بیشتری وجود داشته باشد، تبدیل به یون با بار مثبت یا کاتیون می شود. از سوی دیگر، اگر تعداد الکترون‌ها بیشتر باشد، یک یون با بار منفی یا یک آنیون است. از آنجایی که بارهای متضاد یکدیگر را جذب می کنند، کاتیون ها و آنیون ها معمولاً با یکدیگر تعامل می کنند و ترکیبات یونی را تشکیل می دهند.

یک اتم باردار منفرد به عنوان یک یون تک اتمی محسوب می شود، در حالی که دو یا چند اتم یک یون چند اتمی را تشکیل می دهند. شیمیدانان از اصطلاح “zwitterion” برای اشاره به یک مولکول خنثی خالص استفاده می کنند که دارای مکان های باردار است – یک طرف مولکول می تواند بار مثبت داشته باشد در حالی که طرف دیگر دارای بار منفی است.

فرمول شیمیایی یک یون

بار خالص مولکول بعد از نام/ساختار شیمیایی به صورت ابرنویس نوشته می شود. عدد قبل از علامت شارژ می آید. یک کاتیون با بار باید به جای +3 به صورت 3+ نوشته شود. علاوه بر این، اگر یک بار وجود داشته باشد، مهم نیست که آن کاتیون یا آنیون باشد، نیازی به نوشتن یک عدد نیست. فقط علامتی را بنویسید که بار مثبت یا منفی را نشان می دهد. گاهی اوقات، شیمیدان ها یون ها را با بارهای آنها اعداد رومی می نویسند. این نشان می دهد که یون در کدام حالت اکسیداسیون قرار دارد. برای مثال، آهن را می توان به صورت Fe(II) نوشت تا نشان دهد که یون Fe ²⁺ است . این می تواند برای یون های تک اتمی استفاده شود، نه یون های چند اتمی.

ویژگی های یون

در حالت گاز مانند خود، یون ها می توانند به شدت و به سرعت با یون های بار مخالف واکنش نشان دهند. از سوی دیگر، آنها همچنین می توانند در حالت مایع یا جامد به عنوان یون های حل شده رخ دهند. این زمانی اتفاق می افتد که نمک ها و حلال ها مانند کلرید سدیم و آب با یکدیگر تعامل دارند. این یون‌ها پایدارتر هستند زیرا با حلال برهمکنش می‌کنند، که نیاز به دفع را کاهش می‌دهد. این انرژی و آنتروپی آنها را تغییر داد.

بسته به اینکه یک اتم یک کاتیون یا آنیون است، در مقایسه با مولکول اصلی تفاوت اندازه دارد. این به الکترون ها و انرژی دافعه آنها مربوط می شود. در یک کاتیون، تعداد الکترون‌های کمتری نسبت به اتم مادر وجود دارد، بنابراین انرژی دافعه کمتری وجود دارد و الکترون‌ها نزدیک‌تر به هسته نگه داشته می‌شوند. در یک آنیون، تعداد الکترون‌های بیشتری نسبت به اتم‌های مادر وجود دارد، بنابراین انرژی دافعه بیشتری وجود دارد و الکترون‌ها به‌طور سست‌تری به هسته متصل می‌شوند. بنابراین، یک کاتیون از اتم مادرش کوچکتر است در حالی که یک آنیون بزرگتر از اتم مادرش است.

کاربرد یون

هنگام استفاده از ولتاژ یا دماهای بالا، یون ها می توانند در واقع با استفاده از منابع یونی تولید شوند. این در بسیاری از ابزارها و دستگاه‌های علمی مانند طیف‌سنج‌های جرمی ، کاشت‌کننده‌های یونی، طیف‌سنج‌های نشر نوری و شتاب‌دهنده‌های ذرات رخ می‌دهد .

این ذرات باردار کاربردهای مهمی فراتر از ابزارهای علمی دارند. آنها همچنین در وسایل خانه مانند آشکارسازهای دود و تصفیه هوا اهمیت دارند. یون ها می توانند هوا را با مختل کردن و خنثی کردن میکروب های موجود در هوا تصفیه کنند.

تشخیص تشعشع از اثر یونیزه کننده گاز استفاده کرد. برای مثال، در پرتوهای ایکس، یک جفت یونی که از یک یون مثبت و یک الکترون آزاد ساخته شده است، با تابش مولکول‌های گاز تشکیل می‌شود. ابزار مورد استفاده برای تشخیص جفت یون دارای محفظه ای به نام محفظه یونیزاسیون است که تمام بارهای ایجاد شده با استفاده از میدان الکتریکی را جمع آوری می کند.