יון

הפוטנציאל האלקטרוסטטי של יון ניטראט. האזורים הצבועים בכתום הם בעלי פוטנציאל אלקטרוסטטי נמוך יותר מאלה הצהובים.

יוֹן (מיוונית עתיקה: Ἰόν – "מתקדם"; "נע") הוא חלקיק אטומי או מולקולרי בעל מטען חשמלי כולל חיובי או שלילי, זאת כיוון שכמות האלקטרונים אינם תואמים למספר הפרוטונים. זאת בשונה מאטום או מולקולה שבהם מספר האלקטרונים והפרוטונים תואם בדיוק ועל כן אינם נושאים מטען חשמלי (אלקטרומגנטי) כלשהו.

ביון חיובי, מספר האלקטרונים קטן ממספר הפרוטונים. הוא נקרא קַטְיוֹן וסימונו +X (סימן היסוד ופלוס)

ביון שלילי, מספר האלקטרונים גדול ממספר הפרוטונים, והוא נקרא אַנְיוֹן וסימונו -X (סימן היסוד ומינוס)

בתא אלקטרוכימי היון החיובי נמשך לקתודה (האלקטרודה השלילית, כלומר זו שדרכה זורמים אלקטרונים לתוך התא). והיון השלילי נמשך לאנודה (האלקטרודה החיובית, כלומר זו שממנה זורמים אלקטרונים החוצה מהתא האלקטרוכימי).

תהליך הפיכת אטום או מולקולה נייטרליים ליון נקרא "יינון", ונעשה על ידי הוספת או הסרת אלקטרון או מספר אלקטרונים.

תרכובות יוניות

תרכובות רבות נוצרות הודות למשיכה חשמלית חזקה בין יון חיובי ויון שלילי; הן ידועות כתרכובות יוניות, או מלחים. הקשר בין שני היונים נקרא קשר יוני. מלח בישול, לדוגמה, מורכב מיונים של ^-Cl ו⁺Na במספר שווה. במצב מוצק, היונים מסודרים בסריג יוני.

תרכובות של יונים חד אטומיים

מלחים פשוטים הם לעיתים קרובות הִתרַכּבוּת של מתכת ואל-מתכת יחד, ליצירת יון חיובי ויון שלילי. יוני המתכת יהיו חיוביים, בעוד שיוני האל-מתכת יהיו שליליים. גודלו של המטען נקבע על פי הערכות האלקטרונים ברמות החיצוניות של האטום והיון, המשפיעה על אנרגיות הזיקה אלקטרונית והיינון.

כך, למשל, אטום ממשפחת ההלוגנים יעבור חיזור בדרגה אחת (יקבל אלקטרון אחד) ליצירת יון שמטענו מינוס אחת, וישלים בכך רמה חיצונית מלאה; בעוד שאטום של משפחת המתכות האלקליות העפרוריות יתחמצן בשתי דרגות (יתן שני אלקטרונים) ליצירת יון שמטענו פלוס שתיים, והוא בעל רמה חיצונית מלאה.

לדוגמה, נוסחתה של התרכובת מגנזיום כלורי תהיה MgCl₂, משום שמטענו של הכלור הוא מינוס אחת ומטענו של המגנזיום הוא פלוס שתיים; מטענה של התרכובת הוא נייטרלי, ולכן דרוש מספר כפול של יוני כלור שמטענם רק מחצית ממטען יוני המגנזיום.

תחמוצות של מתכות הן דוגמה למלחים הבנויים מיונים חד אטומיים: החלודה היא תחמוצת הברזל Fe₂O₃; הסיד, CaO, הוא תחמוצת הסידן; האלום (אלומינה), Al₂O₃ ועוד.

תרכובות של יונים הבנויים ממולקולות

מלחים מורכבים עשויים להיות צירוף של שני יונים, שכל אחד מהם מורכב משני אטומים ויותר. סך מטענה של התרכובת יהיה נייטרלי.

דוגמאות למלחים הבנויים מיונים רב אטומיים:

• סודה לשתיה, NaHCO₃, שבנויה מיון נתרן, ⁺Na, ומיון ביקרבונט, ^-HCO₃
• אמון חנקתי, NH₄NO₃, המשמש לדישון, מורכב מהיון אמוניום ⁺NH₄ ומיון חנקתי ^-NO₃
• גבס, CaSO₄, מורכב מיון סידן Ca²⁺ ומיון גופרתי SO₄^2-

קבוצה של יונים שאינם מחוברים זה לזה (אלא נמצאים במצב גזי) נקראת פלזמה. הפלזמה נודעת גם כמצב הרביעי של החומר כי תכונותיה שונות משל מוצק, נוזל או גז.

יונים בביולוגיה

בביוכימיה ובמערכות הגוף השונות ממלאים היונים תפקידים מרכזיים. כך לדוגמה, ה"ברזל" אותו אנו מקבלים ממזונות שונים אינו אלא יוני ברזל ( Fe²⁺/Fe³⁺). הברזל הטעון במטען פלוס שתיים משמש כמרכיב המרכזי במולקולות ההמוגלובין והמיוגלובין, המתפקדות כנושאי חמצן במערכת הדם.

היסטוריה

מייקל פאראדיי הוא שהגה לראשונה את תאוריית היונים, בסביבות שנת 1830, על מנת לתאר את המולקולות שנעות בתמיסה, חלקן לאנודה וחלקן לקתודה. אולם רק ב-1884 תיאר סוונטה ארהניוס את המנגנון שעל פיו הגיע פאראדיי למסקנותיו, בעבודת הדוקטורט שלו לאוניברסיטת אופסלה. בתחילה התאוריה לא התקבלה, אך מאוחר יותר אף קיבל על המחקר פרס נובל לכימיה ב-1903.

טבלת היונים הנפוצים

קטיונים שם מקובל נוסחה שם היסטורי קטיונים פשוטים אלומיניום Al3+ בריום Ba2+ בריליום Be2+ צסיום Cs+ סידן Ca2+ כרום (II) Cr2+ כרומוס כרום (III) Cr3+ כרומיק כרום (VI) Cr6+ כרומיל קובלט (II) Co2+ קובלטוס קובלט (III) Co3+ קובלטיק נחושת (I) Cu+ קופרוס נחושת (II) Cu2+ קופריק גליום Ga3+ הליום He2+ (חלקיק אלפא) מימן H+ (פרוטון) ברזל (II) Fe2+ פרוס ברזל (III) Fe3+ פריק עופרת (II) Pb2+ פלומבוס עופרת (IV) Pb4+ פלומביק ליתיום Li+ מגנזיום Mg2+ מנגן (II) Mn2+ מנגנוס מנגן (III) Mn3+ מנגניק מנגן (IV) Mn4+ מנגניל מנגן (VII) Mn7+ כספית (II) Hg2+ מרקוריק ניקל (II) Ni2+ ניקלוס ניקל (III) Ni3+ ניקליק אשלגן K+ כסף Ag+ נתרן Na+ סטרונציום Sr2+ בדיל (II) Sn2+ סטאנוס בדיל (IV) Sn4+ סטאניק אבץ Zn2+ קטיונים מרובי אטומים אמוניום NH4+ הידרוניום H3O+ ניתרוניום NO2+ כספית (I) Hg22+ מרקוריוס

אניונים שם רשמי נוסחה שם היסטורי אניונים פשוטים ארסניד As3− אזיד N3− ברומיד Br− כלוריד Cl− פלואוריד F− הידריד H− יודיד I− ניתריד N3− אוקסיד (תחמוצת) O2− פוספיד P3− סולפיד S2− פראוקסיד (תחמוצת) O22− אוקסיאניונים (אניונים של תחמוצות) ארסנט AsO43− ארסניט AsO33− בוראט BO33− ברומט BrO3− היפוברומיד BrO− פחמה CO32− קרבונט מימן פחמתי HCO3− ביקרבונט כלורט ClO3− פרכלורט ClO4− כלוריט ClO2− היפוכלורט ClO− כרומט CrO42− דיכרומט Cr2O72− יודט IO3− חנקה NO3− חנקית NO2− ניטריט זרחה PO43− Hydrogen Phosphate HPO42− Dihydrogen Phosphate H2PO4− Permanganate MnO4− פוספיט PO33− סולפט SO42− Thiosulfate S2O32− Hydrogen Sulfate HSO4− Bisulfate סולפיט SO32− Hydrogen Sulfite HSO3− Bisulfite אניונים של חומצות אורגניות אצטט C2H3O2− Formate HCO2− Oxalate C2O42− Hydrogen Oxalate HC2O4− Bioxalate אניונים נוספים Hydrogen Sulfide HS− Bisulfide Telluride Te2− Amide NH2− Cyanate OCN− Thiocyanate SCN− Cyanide CN− Hydroxide OH−

ראו גם

• מלכודת יונים
• קיבול קטיונים חליפים

קישורים חיצוניים

• אטומים לעומת יונים, באתר לרגו (LerGO)
• יונים (פיזיקה), דף שער בספרייה הלאומית
• יון, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)