یون چیست؟ + توضیح نحوه تشکیل به زبان ساده

یون چیست ؟

1. تعداد پروتون‌های داخل هسته از تعداد الکترون‌های اطراف آن بیشتر است. در این حالت بار خالص یون مثبت خواهد بود که کاتیون نامیده می‌شود.
2. تعداد الکترون‌ها از تعداد پروتون‌ها بیشتر است. در این حالت بار خالص یون منفی بوده و آنیون نام دارد.

تفاوت اتم و یون چیست ؟

همان‌طور که در قسمت قبلی اشاره کردیم بار الکتریکی یون‌ها خنثی نبوده،‌ به عبارتی بار یون با توجه به بیشتر بودن تعداد پروتون نسبت به الکترون یا بالعکس به دو صورت مثبت (کاتیون) و منفی (آنیون) تقسیم‌بندی می‌شود. اما در اتم به دلیل برابری تعداد الکترون و پروتون بار خالص آن صفر خواهد بود یعنی اتم از لحاظ الکتریکی خنثی است. یون‌ها به دلیل رسیدن به آرایش الکترونی پایدار در مقایسه با اتم‌هایشان واکنش‌پذیری کمتری دارند.

فیلم آموزش یون و پیوند یونی در فرادرس

کلیک کنید

برای اینکه بهتر درک کنید یون چیست و چه تفاوتی با اتم دارد در ادامه مهم‌ترین تفاوت‌های اتم و یون به صورت خلاصه در جدول زیر فهرست شده‌اند.

یون‌ها چگونه تشکیل می‌شوند ؟

بار یون چیست ؟

فیلم آموزش یون‌ های مثبت و منفی در فرادرس

کلیک کنید

به خاطر داشته باشید که مقدار بار (مقدار بار یعنی تعداد الکترون‌هایی که اتم از لایه‌های بیرونی خود از دست می‌دهد یا دریافت می‌کند) بعد از علامت بار می‌آید. در صورتی که اتم یک الکترون دریافت می‌کند یا از دست می‌دهد می‌توان تنها علامت مثبت یا منفی را در بالای نماد شیمیایی عنصر گذاشت (مانند $$Na^+$$ یا $$Cl^-$$).

انواع یون

یون‌ها با توجه به اینکه از یک یا چند اتم تشکیل شده باشند به یون تک اتمی یا یون‌های چند اتمی تقسیم‌بندی می‌شوند. همچنین یون‌های مولکولی که حداقل شامل یک پیوند کربن - هیدروژن یا کربن-نیتروژن باشند یون‌های آلی نام دارند. همه این یون‌ها به دو گروه آنیون و کاتیون تبدیل می‌شوند. بنابراین کاتیون و آنیون‌ها به سه دسته زیر تقسیم‌بندی می‌شوند که عبارتند از:

فیلم آموزش علوم‌تجربی پایه هفتم

کلیک کنید

1. یون‌های تک اتمی
2. یون‌های چند اتمی
3. یون‌های آلی
4. یون‌های چند ظرفیتی

۱. یون های تک اتمی

یون‌های تک اتمی همان عناصر جدول تناوبی بوده که برای رسیدن به آرایش هشت‌تایی الکترون از دست می‌دهند یا دریافت می‌کنند.

مثال هایی از کاتیون های تک اتمی

۵ مثال رایج برای کاتیون‌های تک اتم عبارتند از:

• کاتیون آلومینیوم $$(Al^{3+})$$
• کاتیون کلسیم $$(Ca^{2+})$$
• کاتیون‌های آهن (II) $$(Fe^{2+})$$ و آهن (III) $$Fe^{3+}$$
• کاتیون‌های منگنز $$Mn^{+2}$$، $$Mn^{3+}$$ و $$Mn^{4+}$$
• کاتیون هیدروژن $$(H^+)$$ که معمولا به عنوان پروتون شناخته می‌شود.

مثال هایی از آنیون های تک اتمی

۵ مثال رایج برای آنیون‌های تک اتم به صورت زیر هستند:

• آنیون فلوئورید $$(F^-)$$
• آنیون کلرید $$(Cl^-)$$
• آنیون برمید $$(Br^-)$$
• آنیون یدید $$(I^-)$$
• آنیون سولفید $$(S^{2-})$$

2. یون های چند اتمی

مثال هایی از کاتیون های چند اتمی

ازجمله مثال‌های رایج برای کاتیون‌های چند اتمی می توان به کاتیون و آنیون‌های زیر اشاره کرد:

• کاتیون هیدرونیوم با فرمول شیمیایی $$(H_3O^{+})$$
• کاتیون آمونیوم با فرمول شیمیایی $$(NH_4^{+})$$

مثال هایی از آنیون های چند اتمی

ازجمله مثال‌های مهم برای آنیون‌های چند اتمی عبارتند از:

• آنیون نیترات با فرمول شیمیایی $$NO_3^–$$
• آنیون نیتریت با فرمول شیمیایی $$NO_2^–$$
• آنیون هیدروکسید با فرمول شیمیایی $$OH^–$$
• آنیون کربنات با فرمول شیمیایی $$CO_3^{2-}$$
• آنیون سولفات با فرمول شیمیایی $$SO_4^{2-}$$
• آنیون فسفات با فرمول شیمیایی $$PO_4^{3-}$$

۳. یون های آلی

۴. یونهای چند ظرفیتی

$$Fe_{26}\: 1s^22s^22p^63s^23p^63d^64s^2$$

با توجه به آرایش الکترونی آهن، می‌توان متوجه شد که این عنصر به دو طریق می‌تواند الکترون از دست دهد. حالت اول این است که دو الکترون از اوربیتال s از دست بدهد که در این صورت به کاتیون $$Fe^{2+}$$ تبدیل می‌شود. حالت دوم حالتی است که آهن علاوه بر از دست دادن دو الکترون اوربیتال s یک الکترون از لایه d نیز از دست می‌دهد که کاتیون آهن در این حالت به صورت $$Fe^{3+}$$ خواهد بود. این کاتیون نسبت به کاتیون $$Fe^{2+}$$ پایدارتر است زیرا اوربیتال d در این حالت آرایش نیمه‌پایدار دارد.

ترکیب یونی چیست ؟

« در اثر کنار هم قرار گرفتن کاتیون‌ها و آنیون‌ها به دلیل نیروی جاذبه الکترواستاتیک شبکه‌های بلوری به وجود می‌آیند که بار الکتریکی آن‌ها معمولا خنثی است. به این ترکیبات،‌ ترکیبات یونی می‌گویند.»

رایج‌ترین مثال برای ترکیب یونی نمک طعام یا سدیم کلرید است، در این ترکیب یون‌های سدیم و کلر جذب هم می‌شوند. در اثر جذب یون‌های ناهمنام سدیم و کلر ساختار سه بعدی یون‌های سدیم و کلر همانند تصویر زیر به دست می‌آید.

بار خالص سدیم کلرید صفر (خنثی) است زیرا تعداد یون‌های سدیم با یون‌های کلر برابرند. نیروهای جاذبه بین یون‌های سدیم و کلر این شبکه سه بعدی را حفظ می‌کند.

چند نمونه ترکیب یونی

ویژگی های ترکیب یونی

• استحکام پیوند یونی

• نقطه ذوب و جوش ترکیب های یونی

همان‌طور که در قسمت قبلی اشاره کردیم به دلیل قوی بودن نیروی جاذبه میان کاتیون و آنیون‌ها انرژی بالایی نیاز است تا پیوند میان آن‌ها شکسته شوند. از این رو، جامدهای یونی نقطه ذوب و جوش بالایی دارند و در دماهای بالا به مایع یا بخار تبدیل می‌شوند.

• انحلال پذیری ترکیبات یونی

• رسانایی الکتریکی

فرمول نویسی ترکیبات یونی

برای فرمول‌نویسی ترکیبات یونی نماد کاتیون و آنیون به همراه بارهایشان در کنار هم نوشته می‌شوند. باید ممطمئن شوید که این ترکیب از لحاظ بار الکتریکی خنثی است یا خیر. چنان‌که بار کل ترکیب خنثی نبود باید تعداد اتم‌های تشکیل دهنده ترکیب را به صورت اندیس زیرنویس تغییر دهید. به عنوان مثال ترکیب پتاسیم برمید را در نظر بگیرید. این ترکیب از کاتیون و آنیون پتاسیم و برم تشکیل شده که بار خالص آن‌ها به ترتیب برابر ۱+ و ۱- است. بنابراین زمانی که این دو کاتیون به صورت $$Na^+ Cl^-$$ کنار هم قرار می‌گیرند به دلیل توازن بار الکتریکی،‌ این ترکیب خنثی بوده و فرمول آن نیز به صورت $$NaCl$$ نوشته می‌شود.

$$Al_2O_3$$.

برای ترکیب یونی که از کاتیون‌ها یا آنیون‌های چند اتمی تشکیل شده نیز به همین صورت خواهد بود به طور مثال ترکیب سدیم فسفات را در نظر بگیرید. برای این ترکیب، کاتیون سدیم و آنیون فسفات بوده که در کنار هم به صورت $$Na^+ PO_4^{3-}$$ قرار می‌گیرند در این حالت یک بار مثبت و ۳ بار منفی داریم. پس اگر برای سدیم زیرنویس ۳ قرار دهیم توازن بار برقرار می‌شود. در این صورت به ازای هر فسفات، ۳ اتم سدیم وجود دارد و ترکیب موردنظر از لحاظ بار الکتریکی خنثی خواهد شد. فرمول این ترکیب به صورت $$Na_3PO_4$$ نمایش داده می‌شود.

همچنین برای نام‌گذاری ترکیبات یونی کافی است که اسم کاتیون را در ابتدا نوشته و بعد از آن نام آنیون را به همراه پسوند «-ید» بیاورید(مانند سدیم کلرید،‌ منیزیم هیدروکسید). البته کاتیون و آنیون‌های چنداتمی اینگونه نیستند و اسامی منحصر به فرد خود را دارند که در قسمت‌های قبلی برخی از آن‌ها را معرفی کردیم.

جفت یون چیست ؟

در مفهوم شیمی، جفت یون شامل یون مثبت و منفی است که به صورت موقت توسط نیروی جاذبه الکترواستاتیک با هم پیوند برقرار می‌کنند. جفت یون‌ها در محلول‌های غلیظ الکترولیت‌ها وجود دارند، بنابراین در محلول‌های غلیظ سدیم کلرید، برخی از یون‌های مثبت سدیم و یون‌های منفی کلر با یکدیگر جفت هستند.

کلام آخر

سوالات متداول مرتبط با یون چیست

برای اینکه به طور کامل و جامع یاد بگیریم یون چیست در این قسمت به سراغ سوالات متداول و پاسخ آن‌ها در رابطه با یون می‌رویم.

یون پایدار چیست ؟

پایداری یک یون به عوامل بسیار متعددی ازجمله آرایش الکترونی، تعداد پیوندها، الکترونگاتیوی اتم‌های متصل شده، ساختار یون، رزونانس و غیره بستگی دارد. اما به طور کلی یون پایدار به یونی گفته می‌شود که با از دست دادن یا دریافت الکترون به آرایش هشت‌تایی می‌رسد.

پسوندهای «-اید» و «-ات» در نام‌گذاری یون‌ها چه مفهومی دارند؟

پسوند «-اید» معمولا برای ترکیبات نافلزی به کار می‌رود. برای مثال اتم‌های کلر یون هالید کلرید را به وجود می‌آورند. از آنجا که اغلب نافلزات به دلیل الکترونگاتیوی بالا برای تبدیل شدن به یون الکترون دریافت می‌کنند برای نام‌گذاری کردن آنیون آن‌ها در ترکیبات یونی از این پسوند استفاده می‌شود. در مورد پسوند «-ات» باید گفت که این پسوند زمانی به کار می‌رود که در یون تعداد زیادی اکسیژن (اغلب $$3leq$$) به کار رفته باشد مانند نیترات یا فسفات. البته لازم به ذکر است در نیتریت از پسوند «-ایت» استفاده شده زیرا که تعداد اکسیژن در این یون چند اتمی برابر ۲ است‌ $$(NO_2^-)$$.

تعریف یون چیست ؟

یون زمانی به وجود می‌آید که عنصر، الکترون از دست می‌دهد یا دریافت می‌کند و باردار می‌شود یعنی دیگر خنثی نیست. به این ذرات باردار، «یون» می‌گویند.

یونهای فلزی و نافلزی چه یون‌ هایی هستند؟

اغلب فلزات برای رسیدن به پایداری و آرایش هشت‌تایی الکترون از دست می‌دهند. در این حالت بار ذرات فلزی مثبت‌تر شده و به کاتیون تبدیل می‌شوند. در مقابل، اغلب نافلزات برای پر کردن اکتت لایه ظرفیت خود الکترون دریافت می‌کنند پس بار ذرات منفی‌تر شده و به آنیون تبدیل می‌شوند. بنابرای یون‌های فلزی و نافلزی کاتیون‌ها و آنیون‌هایی هستند که بار الکتریی آن‌ها به ترتیب مثبت و منفی است. این خصلت از دست دادن و دریافت الکترون به ترتیب از خاصیت الکتروپوزیتیوی و الکترونگاتیوی سرچشمه می‌گیرد.

وظیفه اصلی یون چیست ؟

یون‌ها وظایف متعددی دارند و در زمینه‌های مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند. ازجمله وظایف یون می‌توان به آزاد شدن یون آهن با مصرف مواد غذایی مانند گوشت و غیره برای ساخت هموگلوبین، حضور یون‌ها در محلول به عنوان رساناهای الکتریکی، باتری‌ها (باتری‌های لیتیومی)، برخی از طیف‌سنجی‌ها، مفید بودن یون سدیم و کلسیم برای سلامتی انسان‌ها و غیره اشاره کرد.

تفاوت یون و رادیکال آزاد در چیست؟

در یون‌ها الکترون‌ها جفت شده هستند اما رادیکال‌های آزاد یک یا چند الکترون‌ جفت نشده دارند. بنابراین تفاوت یون و رادیکال آزاد در الکترون‌های جفت نشده است و به همین دلیل یون‌ها نسبتا پایدار بوده اما رادیکال‌های آزاد بسیار ناپایدار هستند.