יון

יוֹן (מיוונית עתיקה: Ἰόν - "מתקדם"; "נע") הוא חלקיק אטומי או מולקולרי שיש לו מטען חשמלי חיובי או שלילי. זה קורה כשמספר האלקטרונים (חלקיקים בעלי מטען שלילי שמקיפים את גרעין האטום) לא שווה למספר הפרוטונים (חלקיקים בעלי מטען חיובי בתוך הגרעין). אטום או מולקולה שבהם מספר האלקטרונים והפרוטונים שווה הם נייטרליים, כלומר ללא מטען חשמלי.

יון חיובי נקרא קטיון (צורה: +X). זה נוצר כשמספר האלקטרונים קטן ממספר הפרוטונים. יון שלילי נקרא אניון (צורה: -X). הוא נוצר כשמספר האלקטרונים גדול ממספר הפרוטונים.

בתא אלקטרוכימי (תא שמייצר או משתמש בזרם חשמלי) היון החיובי נמשך לקתודה. בקתודה היא האלקטרודה השלילית, דרכה זורמים אלקטרונים לתוך התא. היון השלילי נמשך לאנודה, שהיא האלקטרודה החיובית שדרכה זורמים אלקטרונים החוצה.

תהליך ההפיכה של אטום או מולקולה לנושא מטען נקרא יינון. יינון נעשה בהסרת אלקטרון או בהוספת אלקטרון.

הרבה חומרים נוצרים מהמשיכה החשמלית בין קטיון ואניון. חומרים אלה נקראים תרכובות יוניות או מלחים, וקשר ביניהם נקרא קשר יוני. מלח השולחן הוא דוגמה מפורסמת; הוא מורכב מיוני Na+ ו-Cl- בארגון מסודר במצב מוצק, שנקרא סריג יוני.

מלח פשוט בדרך כלל נוצר משילוב של מתכת ואל-מתכת. מתכות נותנות אלקטרונים ויוצרות יונים חיוביים. אל-מתכות מקבלות אלקטרונים ויוצרות יונים שליליים. גודל המטען נקבע לפי תצורת האלקטרונים ברמה החיצונית של האטום.

לדוגמה, כלור (Cl) מקבל אלקטרון אחד ונהפך ל-Cl-. מגנזיום (Mg) נותן שני אלקטרונים ונהפך ל-Mg2+. לכן הנוסחה של מגנזיום כלורי היא MgCl2, כי צריך שני יוני כלור לאזן מטען אחד של מגנזיום.

תחמוצות של מתכות נחשבות גם הן כמלחים. דוגמאות: חלודה (תחמוצת ברזל, Fe2O3), סיד (CaO), ואלומינה (Al2O3).

יש גם מלחים שבהם אחד או שני היונים מורכבים ממולקולות של כמה אטומים יחד. בכל מקרה, סך המטען בתרכובת יהיה נייטרלי.

בנוסף, קבוצה של יונים שאינם קשורים זה לזה נקראת פלזמה. פלזמה נקראת גם המצב הרביעי של החומר, כי תכונותיה שונות ממוצק, נוזל או גז.

בגוף ובביוכימיה ליונים יש תפקידים חשובים. לדוגמה, הברזל במזון מופיע כיוני ברזל. ברזל במטען פלוס שתיים (Fe2+) הוא מרכיב מרכזי בהמוגלובין ובמיוגלובין. מולקולות אלה נושאות חמצן בדם.

מייקל פאראדיי הציע את רעיון היונים סביב 1830. את המונח "יון" טבע פאראדיי ב־1834 לפי הצעת ויליאם הוול. הוול גם טבע את המונחים קטיון, אניון, קתודה ואנודה, מתוך מילים יווניות שפירושן "כלפי מטה" ו"כלפי מעלה". ב־1884 הסביר סוונטה ארהניוס את המנגנון שעמד מאחורי התיאוריה. מאוחר יותר זכה ארהניוס בפרס נובל לכימיה בשנת 1903.

יון הוא חלקיק שיש לו מטען חשמלי. מטען הוא כמו סימן פלוס או מינוס.

אלקטרון (חלקיק שלילי) ופרוטון (חלקיק חיובי) קובעים את המטען. אם יש יותר פרוטונים מאלקטרונים, זה קטיון. אם יש יותר אלקטרונים, זה אניון.

תהליך שמייצר יון קוראים יינון. זה קורה כשמוסיפים או מסירים אלקטרון.

מלח הוא דוגמה לתרכובת יונית. מלח בנוי מקטיון ואניון שמושכים זה את זה. במוצק, היונים מסודרים בסריג.

דוגמה: מלח שולחן עשוי מיוני Na+ ו-Cl-. מגנזיום כלורי הוא MgCl2, כי מגנזיום נותן שתי יחידות חיוביות.

יש גם חומרים שבהם יון מורכב ממספר אטומים יחד. סך המטען תמיד יהיה 0 בתרכובת נייטרלית.

קבוצה של יונים לא קשורים נקראת פלזמה. פלזמה היא מצב של חומר, שונה ממוצק, נוזל וגז.

בגוף יש יונים חשובים. ברזל ימני במשקל פלוס שתיים (Fe2+) עוזר להמוגלובין לשאת חמצן בדם.

פאראדיי חשב על הרעיון של יונים בתחילת המאה ה־19. את השם יון הציע לו ויליאם הוול ב־1834. ארהניוס הסביר את הדרך שבה זה קורה ב־1884 וקיבל פרס נובל ב־1903.