کاتیون ها و آنیون ها

دید کلی :

نیروی پیش برنده یک واکنش یونی ، جاذبه الکتروستاتیکی متقابل یون‌های ناهمنام است. این جاذبه باعث آزاد شدن  انرژی شبکه می‌شود. انرژی شبکه، عامل مهمی در تعیین تعداد بار منفی یا مثبتی است که اتم ها به هنگام تشکیل یک بلور یونی می‌پذیرند.

نامگذاری ترکیبات یونی:

نامگذاری ترکیبات یونی بر قواعدی چند استوار است. ابتدا از کاتیون (یون مثبت) ترکیب نام برده می‌شود و آنیون (یون منفی) پس از آن ذکر می‌شود. 

کاتیون:

بیشتر کاتیونها ، یونهای تک اتمی‌اند که توسط فلزات بوجود می‌آیند. اگر فلز تنها یک نوع کاتیون ایجاد کند، نام یون ، همانند فلز مربوط است. +Na یون سدیم است. یعنی فلز سدیمی که ابتدا بصورت گازی در آمده است و از سدیم یک الکترون با اعمال انرژی یونش گرفته شده است. 2+Mg یون منیزیم است. 3+Al ، یون آلومینیوم است.

برخی از فلزات بیش از یک نوع کاتیون بوجود می‌آورند. در اینگونه موارد ، با نشان دادن تعداد بار کاتیونها در نامشان آنها را متمایز می‌کنیم. بار این نوع کاتیونها بصورت ارقام لاتین بعد از نام فارسی عنصر قرار داده می‌شود. +Cu ، یون مس (I) و 2+Cu ، یون مس (II) است. در روشی قدیمی‌تر برای متمایز کردن دو نوع یون بوجود آمده از یک فلز ، پسوندی به نام فلز افزوده می‌شود. در این روش ، هرگاه نماد فلزی از لاتین مشتق شده باشد، از نام لاتین فلز استفاده می‌شود.

پسوند "- و" برای یون دارای بار مثبت کمتر و پسوند "- یک" برای یون با بار مثبت بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. +Cu ، یون کوپرو و 2+Cu یون کوپریک است. +Fe ، یون فرو و 2+Fe یون فریک است.

توجه کنید که در روش بالا تعداد بارها بروشنی بیان نمی‌شود و نیز این روش برای فلزاتی که بیش از دو نوع کاتیون تولید می‌کنند، قابل استفاده نیست.

آنیون :

آنیونهای تک‌اتمی از اتم فلزات به وجود می‌آیند. نام آنها از طریق حذف بخش آخر نام عنصر و افزودن پسوند "- ید" به باقیمانده به دست می‌آید. -Cl یون کلرید است. 2-O ، یون اکسید است. 3-N یون نیترید است. اما ، تمام آنیونهایی که نامشان به "ید" ختم می‌شود تک اتمی نیستند. بلکه معدودی آنیونهای چند اتمی نیز نامشان با این پسوند ختم می‌شود. مثلا -CN یون سیانید است. -OH یون هیدروکسید است. 2-O2 یون پروکسید است.

آنیونهای چند اتمی بسیاری شناخته شده‌اند. بعنوان مثال 2-O2 یون پراکسید ، Cr2O7-2 یون کرومات ، SO3-2 یون سولفیت و 3-AsO4 یون آرسنات است.

یون چند اتمی :

این یون ، یونی است که از چند اتم که با یکدگیر  پیوند کووالانسی دارند، بوجود می‌آید. کایتونهای چند اتمی معدودند و دو نوع نمونه متداول عبارت اند از :

  • +NH4 یون آمونیوم و 2+Hg2 یون جیوه (I) یا یون مرکورو.
  • یون 2+Hg2 یون جیوه I نامیده شده است. زیرا می‌توان آن را متشکل از دو یون +Hg (که با یکدیگر پیوند کووالانسی دارند) در نظر گرفت.

نام ترکیبات یونی :

نام ترکیبات یونی ، متشکل از نام کاتیون و پس از آن ، نام آنیون (بصورت لغتی جداگانه) است.

  • Fe2O3: آهن (II) اکسید یا فریک اسید.
  • PbCO3: سرب (II) کربنات یا پلمبوکربنات.
  • NH4)2S): آمونیوم سولفید
  • Mg(NO3)2: منیزیم نیترات
  • Cu(CN)2: مس (II) سیانید یا کوپریک سیانید.  

 

آرايش الكتروني كاتيونها و آنيونها  :

براي نوشتن آرايش الكتروني كاتيون‌ها و آنيون‌ها، بايستي ابتدا آرايش اتم خنثي را در نظر گرفت و اگر هدف آرايش آنيون آن است، به ازاي تعداد بار منفي آنيون، به لايه ظرفيت عنصر الكترون اضافه مي‌كنيم و اگر هدف آرايش الكتروني كاتيون است، از بيروني‌ترين لايه اتم خنثاي آن الكترون بر مي‌داريم.

ترتيب بناگذاري را نمي‌توان براي فرآيندهايي كه متضمن از دست دادن الكترون (يعني يونش) است، به كار برد. آرايش الكتروني آهن عبارت است از و آرايش يون ، است. بنابراين، گرچه براساس روش بناگذاري، الكترونهاي آخرين الكترونهاي اضافه شده به اتمهاي پيشين براي رسيدن به آرايش الكتروني آهن هستند، اما اين عنصر در عمل يونش، الكترونهاي خود را از دست مي‌دهد. اتم آهن 26 پروتون در هسته و نيز 26 الكترون داد. يون، هنوز 26 پروتون را داراست، اما تنها 24 الكترون دارد. ترتيب انرژي اوربيتالي در اتم خنثي، متفاوت از آن است كه در يون وجود دارد. به طور كلي، اولين الكترونهايي كه در عمل يونش از دست داده مي‌شوند بالاترين مقادير و را دارند.
براي مثال در مورد انرژي يونيزاسيون، اتمي مانند اسكانديم كه دو الكترون در تراز و يك الكترون در تراز دارد، چرا ابتدا الكترون از تراز 4s جدا مي‌شود و يون  داراي آرايش است و چرا آرايش آن به صورت  نيست؟
در پاسخ به اين پرسش، بايد گفت، ترتيب فوق در مورد مقايسه پايداري ترازها در اتمهاي سنگين، فقط در مورد محل قرار گرفتن الكترون متمايز كننده آنها مي‌تواند درست باشد. زيرا همان‌طور كه مي‌دانيم، پايداري ترازهاي نسبت به تراز در تمام عناصر وضعيت مشابه و يكساني ندارد. از بررسيهاي نظري و محاسباتي كه براساس مكانيك موجي صورت صورت گرفته است، چنين بر مي‌آيد كه مثلاً در اتمهاي هيدروژن تا كربن سطح انرژي تراز پايين‌تر از سطح انرژي تراز ولي در اتمهاي نيتروژن تا كلسيم، سطح انرژي آن بالاتر از تراز قرار مي‌گيرد، ولي از اتم اسكانديم به بعد، دوباره سطح انرژي آن پايين‌تر از سطح انرژي تراز قرار مي‌گيرد.
از اين‌رو، به روشني مي‌توان دريافت كه مثلاً نه تنها در اتم اسكانديم تراز از الكترون پر است، بلكه نسبت به تراز در سطح بالاتري قرار مي‌گيرد و الكترون متمايز كننده اين اتم در تراز در سطح بالاتري قرار مي‌گيرد و الكترون متمايز كننده اين اتم تراز كه در سطح انرژي پايين‌تر قرار داشته و به هسته نزديكتر است وارد مي‌شود. در نتيجه، هسته جاذبه بيشتري بر آن اعمال مي‌كند. از اين‌رو، ديرتر از الكترونهاي تراز از اتم جدا مي‌شود. چنين وضعيتي كه در مورد ترازهاي و وجود دارد، در مورد تراز و نيز مشاهده مي‌شود. زيرا با سنگينتر شدن اتم و افزايش بار مؤثر هسته آن، سطح ترازهاي انرژي به هسته نزديكتر مي‌شود. ولي اين نزديك شدن و كاهش فاصله، در مورد تمام ترازها، روند مشابهي ندارد، بلكه، فاصله ترازهايي كه به عدد كوآنتومي فرعي بالاتري مربوطند، يعني ترازهاي  (به ازاي ) و  (به ازاي) با شيب بيشتري كاهش يافته و به هسته نزديك مي‌شوند. از اين‌رو، در ترتيبي كه براي پايداري نسبي آنها، پيش‌بيني شده است، تغييراتي روي مي‌دهد. به طوري كه گاهي ترتيب پايداري آنها عوض شده و يا به يكديگر نزديك مي‌شود. با توجه به اين توضيح بسياري از موارد به ظاهر استثنايي و غيرمنتظره در مورد آرايش الكتروني عناصر از جمله وضعيتي كه در مورد برخي از عناصر واسطه دسته  (مانند پلاتين، پالاديم و ...) و يا عناصر واسطه سريهاي لانتانيد و آكتينيد، به چشم مي‌خورد را مي‌توان به خوبي توجيه كرد.