تفقد الذرة أو تكتسب أحيانًا إلكترونًا واحدًا أو أكثر. فإذا اكتسبت إلكترونًا تصبح الذرة سالبة الشحنة، بينما تصبح موجبة الشحنة إذا فقدت إلكترونًا.
وتسمى الذرات التي تحمل شحنة كهربائية الأيونات.
ومعظم الأيونات موجبة الشحنة، ولذلك تعني كلمة أيون، عندما تستخدم بمفردها، الذرة التي فقدت إلكترونًا واحدًا أو أكثر.
وتتجاذب الأيونات الموجبة والسالبة، ويمكنها أن تتحد لتكوين المواد الصلبة.
فملح الطعام العادي، على سبيل المثال، يتكون من الصوديوم والكلور.
وفيه تفقد كل ذرة من ذرات الصوديوم إلكترونًا لتكوين أيون صوديوم موجب.
وتتلقى كل ذرة من ذرات الكلور هذا الإلكترون لتكوين أيون كلوريد سالب.
وبسبب قوة الجذب الكهربائي بين الأيونات يكون ملح الطعام صلبًا، ودرجة انصهاره عالية.
الأيون عبارة عن ذرة أو جزيء له شحنة كهربائية صافية.
تعتبر شحنة الإلكترون سالبة وفقًا للاتفاقية وهذه الشحنة مساوية ومضادة لشحنة البروتون، والتي تعتبر موجبة وفقًا للاتفاقية.
صافي شحنة أيون ليس صفراً لأن إجمالي عدد إلكتروناته لا يساوي إجمالي عدد البروتونات.
الكاتيون هو أيون موجب الشحنة يحتوي على إلكترونات أقل من البروتونات بينما الأنيون عبارة عن أيون سالب الشحنة يحتوي على إلكترونات أكثر من البروتونات.
يتم سحب الشحنات الكهربائية المتقابلة تجاه بعضها البعض بواسطة القوة الكهروستاتيكية، لذلك تجذب الكاتيونات والأنيونات بعضها البعض وتشكل بسهولة مركبات أيونية.
تسمى الأيونات التي تتكون من ذرة واحدة فقط أيونات ذرية أو أحادية الذرة، بينما تشكل ذرتان أو أكثر أيونات جزيئية أو أيونات متعددة الذرات.
في حالة التأين الفيزيائي في سائل (غاز أو سائل)، يتم إنشاء "أزواج أيونية" عن طريق الاصطدامات التلقائية للجزيئات، حيث يتكون كل زوج متولد من إلكترون حر وأيون موجب.
يتم إنشاء الأيونات أيضًا عن طريق التفاعلات الكيميائية، مثل إذابة الملح في السوائل، أو بوسائل أخرى، مثل تمرير تيار مباشر عبر محلول موصل، إذابة الأنود عن طريق التأين.
الخصائص:
الأيونات في حالتها الشبيهة بالغاز شديدة التفاعل وستتفاعل بسرعة مع أيونات ذات شحنة معاكسة لإعطاء جزيئات متعادلة أو أملاح أيونية.
يتم إنتاج الأيونات أيضًا في الحالة السائلة أو الصلبة عندما تتفاعل الأملاح مع المذيبات (على سبيل المثال، الماء) لإنتاج أيونات مذابة، والتي تكون أكثر استقرارًا، لأسباب تتضمن مزيجًا من الطاقة وتغير الانتروبيا حيث تتحرك الأيونات بعيدًا عن بعضها البعض إلى تتفاعل مع السائل.
توجد هذه الأنواع المستقرة بشكل أكثر شيوعًا في البيئة عند درجات حرارة منخفضة.
مثال شائع هو الأيونات الموجودة في مياه البحر، والتي يتم اشتقاقها من الأملاح الذائبة.
كأجسام مشحونة، تنجذب الأيونات إلى الشحنات الكهربائية المعاكسة (الموجبة إلى السالبة، والعكس صحيح) وتتنافر بشحنات متشابهة.
عندما تتحرك، يمكن أن تنحرف مساراتها بواسطة مجال مغناطيسي.
تحدد الإلكترونات، نظرًا لكتلتها الأصغر وبالتالي خصائص ملء الفراغ الأكبر مثل موجات المادة، حجم الذرات والجزيئات التي تمتلك أي إلكترونات على الإطلاق.
وبالتالي، فإن الأنيونات (أيونات سالبة الشحنة) أكبر من الجزيء أو الذرة الأصل، حيث يتنافر الإلكترون (الإلكترونات) الزائدة ويضيف إلى الحجم المادي للأيون، لأن حجمه يتم تحديده بواسطة سحابة الإلكترون الخاصة به.
الكاتيونات أصغر من الجزيء أو الذرة الأصل المقابلة نظرًا لصغر حجم سحابة الإلكترون.
لا يحتوي أي كاتيون معين (أي الهيدروجين) على إلكترونات، وبالتالي يتكون من بروتون واحد - أصغر بكثير من ذرة الهيدروجين الأصلية.
التكنولوجيا ذات الصلة:
يمكن تحضير الأيونات بطريقة غير كيميائية باستخدام مصادر أيونات مختلفة، وعادة ما تتضمن جهدًا عاليًا أو درجة حرارة.
تُستخدم في العديد من الأجهزة مثل مطياف الكتلة ومقاييس طيف الانبعاث البصري ومسرعات الجسيمات وغرسات الأيونات والمحركات الأيونية.
كجسيمات مشحونة تفاعلية، يتم استخدامها أيضًا في تنقية الهواء عن طريق تعطيل الميكروبات، وفي الأدوات المنزلية مثل أجهزة الكشف عن الدخان.
نظرًا لأنه يتم التحكم في الإشارات والتمثيل الغذائي في الكائنات الحية بواسطة تدرج أيوني دقيق عبر الأغشية، فإن تعطيل هذا التدرج يساهم في موت الخلايا.
هذه آلية شائعة يتم استغلالها بواسطة المبيدات الحيوية الطبيعية والاصطناعية، بما في ذلك القنوات الأيونية الجراميسيدين والأمفوتريسين (مبيد للفطريات).
الأيونات غير العضوية المذابة هي أحد مكونات المواد الصلبة الذائبة الكلية، وهو مؤشر معروف على نطاق واسع لنوعية المياه.
التسميات
كهرباء