أيون ّ متعدُد ِ الذرات

يُعتبر أيون متعدد الذرات من الظواهر الطبيعية الغريبة والمُثيرة للإعجاب، حيث يُشكل هذا النوع من الأيونات نسخاً مختلفة من الذرات المكوّنة للمادة. وبالرغم من أن هذه الظاهرة لا تحدث إلا في ظروف محددة ومعينة، إلا أنها تعتبر مفتاحاً لفهم العديد من العمليات الكيميائية التي تحدث في الطبيعة، وتشكل أيضاً أساساً هاماً للعديد من التكنولوجيات الحديثة في مجال العلوم والصناعة. في هذا المقال سنأخذ بالنظر بشكل أكثر تفصيلاً ظاهرة أيون متعدد الذرات والتعرف على أهم استخداماتها وتطبيقاتها المتنوعة.

1. تعريف أيون متعدد الذرات

يعرّف أيون متعدد الذرات في الكيمياء بأنه نوع كيميائيّ مشحون (أيون) يتكوّن من ذرات أو أكثر من الذرات التساهمية أو مجموع المعادن الذي يمكن أن يعتبر وحدة واحدة. ويشار عادةً إلى أيونات متعدد الذرات باسم المتعددة الذرات. وتتكوّن أيونات متعدد الذرات من ذرات تساهمية يتم تعديل شحناتها الإلكترونية، حيث يتم إضافة إلكترونات للأنوية الذرية الإيجابية للزيادة في الشحنة السالبة وليتم الحفاظ على نفس عدد الإلكترونات الموجودة في الذرات التساهمية الأصلية. ومن أمثلة الأيونات متعددة الذرات هي أيون النيترات NO3- وأيون الهيدروكسيد OH- الذي يتكون من ذرة أكسجين واحدة وذرة هيدروجين واحدة، ويمتلك شحنة سالبة. يتم استخدام أيونات متعددة الذرات بشكل واسع في الصناعات الكيميائية والعلمية وغيرها من التطبيقات المختلفة. 

2. مثال على أيون متعدد الذرات

أحد أمثلة الأيونات متعددة الذرات هو الأيون الهيدروكسيد. يتكون هذا الأيون من ذرة أوكسجين وذرة هيدروجين واحدة، وتحمل هذه الأيونات شحة سالبة. يمكن العثور على الأيونات الهيدروكسيد في الماء، حيث يعمل الكثير منها على تحييد حموضة المحاليل المائية. ويمكن الوصول إلى الأيونات الهيدروكسيد من خلال إضافة محاليل القواعد إلى المحاليل المائية. وتمثل هذه الأيونات مكونًا أساسيًا للعديد من المركبات الكيميائية ذات الاستخدامات المتعددة ، مثل الصابون والأدوية والأسمدة. يتم إنتاج هذه الأيونات بشكل كبير في صناعة الكلور والألمنيوم والبروبيلين والصودا الكاوية. يعد الأيون الهيدروكسيد إحدى الأمور الهامة التي تجعل المحاليل المائية قادرة على تنظيف المعدات ، وكذلك غسيل الأقمشة والأغذية. 

3. اسماء أخرى لأيونات متعددة الذرات

هناك العديد من الأسماء المستخدمة لوصف الأيونات متعددة الذرات، وتختلف هذه الأسماء باختلاف نوع الأيون وعدد الذرات الموجودة فيه. فمن الأسماء الشائعة للأيونات المتعددة الذرات هي أيونات البولي أتومية، وهي عبارة عن جزيئات تحتوي على عدد من الذرات الموجودة فيها مرتبطة معًا عن طريق التأين (التحميل الكهربائي)، مثل أيون الأمونيوم NH4+. كما تُستخدم أيضًا مصطلح الكومبلكس، والذي يشير إلى جزيئات تحتوي على عدد كبير من الذرات الموجودة فيها مرتبطة معًا بناءً على روابط كيميائية معقدة، مثل أيون الهيدروكسيد OH-. وبزيادة الكمية والتشعيع ، يصبح الأيون أكثر تكوينا وتعقيدا ويتحول الكومبلكس إلى شكل أقوى وأعمق للأيون المصاحب.

4. استخدامات أيونات متعددة الذرات

يستخدم أيونات متعددة الذرات في العديد من المجالات في الحياة. يُستخدم أيون النترات في الأسمدة الزراعية لتحسين عملية النمو للنباتات. أيضًا، يُستخدمها في تصنيع المتفجرات وأدوية مضادة للتخدير. أما أيون الأمونيوم، فيستخدم في قطاع الزراعة كمصدر للنتروجين، كما تُستخدمه بعض صناعات الأغذية لتحلية الثمار والخضروات. ويستخدم أيون الأسيتات في صناعة الأدوية الغذائية والحرارية، وكمذيب للبلاستيك والمطاط.ويشارك في بناء البروتينات والدهون، كما يشارك في تصنيع الأسيتيل كو إيه الذي يلعب دورًا مؤثرًا في عملية تخزين الدهون في الجسم .كما يستخدم أيون الهيدروجين كمنتج مضاد للحموضة معروف باسم الهيدروجينون، ويتم استخدامه أيضًا في أطباء الأسنان كزيادة في قدرة بعض أنواع المعاجين المستخدمة لمنع التسوس. 

5. التهمة الكهربائية لأيونات متعددة الذرات

يُعرف أيون متعدد الذرات بأنه أيون يتكون من عدّة ذرّات مترابطة معاً كما في حالة الأيونات الموجبة والسالبة الموجودة في المواد الكيميائيّة. ويمكن لهذه الأيونات بالتحديد أن تحمل التهمة الكهربائية ويُمكن تعريفها بأنها القدرة التي يتمتع بها الجزيء على جذب الإلكترونات. فعندما يكون لدينا أيون متعدّد الذرات مثل أحادي ستيرات الجلسرول، فإنّ التهمة الكهربائيّة لجزيئات الكربوكسلات الموجبة والهيدروكسيل الموجبة يتعادلان مع تهمة الإلكترونات السالبة، وهذا يسمح للأيون بالتكوّن والاستمرار على هذا الموقع دون الإضرار بالبيئة الكيميائية المحيطة به. وبالتالي، فإنّ التهمة الكهربائيّة لأيون متعدّد الذرّات هي عامل حيوي يتحكّم في الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمركّب الكيميائي.

6. الصيغة الكيميائية لأيونات متعددة الذرات

يتألف أيون متعدد الذرات من عدة ذرات مرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط تساهمية، وبالتالي فإن صيغته الكيميائية تحمل توضيحًا دقيقًا لعدد الذرات ونوعها لكل أيون. وتُرَمَزُ للأيونات متعددة الذرات بالأحرف الكبيرة حسب العدد الكبير وبحروف صغيرة حسب الكتابة الكيميائية لها. على سبيل المثال، فإن قاعدة الأمونيا السالبة المتعددة الذرات هي NH3 وتحتوي على ثلاث ذرات هيدروجين محاطة بذرة نيتروجين مركزية. ويعرف أيضًا أن أيونات الأسيتات السالبة المتعددة الذرات تحتوي على الفعليات التالية CH3COO-. ويمكن استخدام معارف الأيونات متعددة الذرات وصيغها الكيميائية في تفسير الظواهر الكيميائية وتفاعلاتها. 

7. الخصائص الفيزيائية لأيونات متعددة الذرات

أيونات متعددة الذرات لها خصائص فيزيائية مهمة بالإضافة إلى الخصائص الكيميائية. يمكن أن تتعرض للتفاعل بطرق مختلفة تمامًا عن العناصر الأحادية، مما يؤدي إلى خواص مختلفة مثل الصلابة والتوصيل الكهربائي والحالة الفيزيائية ونقطة الانصهار والغليان. يمكن استخدامها في توليد الكهرباء من خلال خلايا الوقود الذي يعتمد على تفاعلات الأيونات المتعددة الذرات. كما يمكن استخدامها في العديد من التطبيقات الصناعية مثل صناعة البلاستيك والأدوية وصناعة الطباعة. يتمتع الأيونات المتعددة الذرات بخصائص مميزة تميزها عن العناصر الأحادية، مما يجعلها مهمة وحيوية في المجال الصناعي والعلمي. 

8. خواص كيميائية لأيونات متعددة الذرات

يعتبر أيون متعدد الذرات احد العناصر الكيميائية التي تتميز بخواصها المتعددة والمتنوعة في الكيمياء المعدنية. تتمثل خواص هذا الأيون في قابليته للترسيب، والمزاوجة، والتفاعل مع الجزيئات الأخرى، فضلاً عن تحمله للشحنات الكهربائية السالبة أو الموجبة. وتعتبر هذه الخواص مهمة لعدد من التطبيقات مثل النظائر الطبية، والكهربائية، والحفاظ على العناصر اللانهائية التي لا تشوبها شائبة، وإجراء تغييرات في البنية الكيميائية للشبكة الكريستالية. وفي الأثناء يمكن استخدام الأيونات المتعددة الذرات في صناعات الأسمدة والألوان الكيميائية والمعادن، إضافة إلى استخدامات متنوعة في الصناعات النفطية. وتبقى الخصائص الكيميائية للأيونات المتعددة الذرات حيث تحظى بالاهتمام الأكبر من المختصين في هذا المجال لاكتشاف وتطوير تطبيقات جديدة لها.

9. تركيب أيون متعدد الذرات

يتبر أيون متعدد الذرات نوعًا كيميائيًا مشحونًا يتألف من ذرات أو أكثر من الذرات التساهمية. يمكن أن يحمل هذا النوع من الأيونات شحنات كهربائية موجبة أو سالبة. يمكن اعتبار الأيون متعدد الذرات بمثابة وحدة واحدة، ولكن عادةً ما يشار إليه باسم "متعدد الذرات" لأنه يتألف من ذرات متعددة. تتلاشى حجم الأيون متعدد الذرات إلى حد كبير مقارنة بذرات العناصر الأصلية. وتختلف خصائص هذه الأيونات عن الذرات التساهمية المنفردة المستخدمة في تركيب الأيون المتعدد الذرات. فعلى سبيل المثال، تتفاعل الأيونات المتعددة بشدة مع المذيبات لأنها تحمل شحنات متعددة مقارنة بالذرات المفردة. وتشكل الأيونات متعددة الذرات أيضًا بعض المركبات التي تكون غير موجودة في الأحماض والأملاح العضوية. 

10. كيفية إعداد أيون متعدد الذرات.

يُعدُّ الأيون المتعدد الذرات وحدةً مشحونةً تتكوّن من اثنتين أو أكثر من الذرات التي يمكن اعتبارها وحدةً واحدةً. ولكي يتم إعداد الأيونات المتعدد الذرات، يجب أن تتحدَّ الذرات مع بعضها البعض. ويمكن القيام بذلك عن طريق عملية التفاعل الكيميائي بين المركَّبين المختلفين، من خلال التوازنات الكيميائية المناسبة، أو بتأثير الوهج أو حرارة الشمس. على الرغم من أنَّ هذه العملية تكون بطيئة إلى حدٍّ ما، فإنَّ النتائج التي تمَّ الحصول عليها تعتبر فائقة الأهمية، وذلك بسبب التأثير الذي يمكن أن يكون للأيون المتعدد الذرات على تكوين المركبات الكيميائية، وتحسين امتصاص الأشعة الكونية وتفاعلات التحويل الضوئي في البيئة.