יונים - כאשר אטומים מקבלים מטען
מה קורה כאשר אטום מאבד או מקבל אלקטרונים? הוא הופך ליון!
מהו יון?
למה אטומים מאבדים או מקבלים אלקטרונים?
למדנו שאטומים "שואפים" להגיע למצב יציב — קליפה חיצונית מלאה.
לאבד אלקטרונים
לקבל אלקטרונים
מטרה: להגיע למצב של גז אציל — קליפה חיצונית עם 2 או 8 אלקטרונים.
יצירת יונים — העברת אלקטרונים
בחר זוג יסודות וצפה בהעברת האלקטרונים
נתרן ← כלור
העברת אלקטרון אחד
פרוטונים
11 / 17
אלקטרונים
11 / 17
קטיון מול אניון
קטיון (Cation)
יון בעל מטען חיובי (+). נוצר כאשר אטום מאבד אלקטרונים.
דוגמה: Na → Na⁺ (11p, 11e) → (11p, 10e) איבד 1 אלקטרון → מטען +1
אניון (Anion)
יון בעל מטען שלילי (-). נוצר כאשר אטום מקבל אלקטרונים.
דוגמה: Cl → Cl⁻ (17p, 17e) → (17p, 18e) קיבל 1 אלקטרון → מטען -1
זכירה: קטיון = קיבל מטען חיובי (איבד אלקטרונים שליליים)
חישוב מטען היון
מטען חשמלי = מספר פרוטונים - מספר אלקטרונים
דוגמה 1: יון נתרן (Na⁺)
• פרוטונים: 11 (חיוביים)
• אלקטרונים: 10 (שליליים)
• מטען: 11 - 10 = +1
דוגמה 2: יון כלור (Cl⁻)
• פרוטונים: 17 (חיוביים)
• אלקטרונים: 18 (שליליים)
• מטען: 17 - 18 = -1
דוגמאות ליונים נפוצים
נתרן (Na) → Na⁺
אטום נתרן:
• Z = 11 (11p, 11e)
• מבנה: 2,8,1
יון נתרן (קטיון):
• 11p, 10e
• מבנה: 2,8 (כמו ניאון!)
• מטען: +1
למה? קל יותר לאבד 1 מאשר לקבל 7!
כלור (Cl) → Cl⁻
אטום כלור:
• Z = 17 (17p, 17e)
• מבנה: 2,8,7
יון כלור (אניון):
• 17p, 18e
• מבנה: 2,8,8 (כמו ארגון!)
• מטען: -1
למה? קל יותר לקבל 1 מאשר לאבד 7!
מגנזיום (Mg) → Mg²⁺
אטום מגנזיום:
• Z = 12 (12p, 12e)
• מבנה: 2,8,2
יון מגנזיום:
• 12p, 10e
• מבנה: 2,8
• מטען: +2
איבד 2 אלקטרונים!
חמצן (O) → O²⁻
אטום חמצן:
• Z = 8 (8p, 8e)
• מבנה: 2,6
יון חמצן:
• 8p, 10e
• מבנה: 2,8
• מטען: -2
קיבל 2 אלקטרונים!
אלומיניום (Al) → Al³⁺
אטום אלומיניום:
• Z = 13 (13p, 13e)
• מבנה: 2,8,3
יון אלומיניום:
• 13p, 10e
• מבנה: 2,8
• מטען: +3
איבד 3 אלקטרונים!
חנקן (N) → N³⁻
אטום חנקן:
• Z = 7 (7p, 7e)
• מבנה: 2,5
יון חנקן:
• 7p, 10e
• מבנה: 2,8
• מטען: -3
קיבל 3 אלקטרונים!
יונים נפוצים ומטענים
| יסוד | סימן | Z | מבנה אלקטרוני | יון | מבנה כיון | מטען |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ליתיום | Li | 3 | 2,1 | Li⁺ | 2 | +1 |
| נתרן | Na | 11 | 2,8,1 | Na⁺ | 2,8 | +1 |
| אשלגן | K | 19 | 2,8,8,1 | K⁺ | 2,8,8 | +1 |
| מגנזיום | Mg | 12 | 2,8,2 | Mg²⁺ | 2,8 | +2 |
| סידן | Ca | 20 | 2,8,8,2 | Ca²⁺ | 2,8,8 | +2 |
| אלומיניום | Al | 13 | 2,8,3 | Al³⁺ | 2,8 | +3 |
| פלואור | F | 9 | 2,7 | F⁻ | 2,8 | -1 |
| כלור | Cl | 17 | 2,8,7 | Cl⁻ | 2,8,8 | -1 |
| חמצן | O | 8 | 2,6 | O²⁻ | 2,8 | -2 |
| גופרית | S | 16 | 2,8,6 | S²⁻ | 2,8,8 | -2 |
| חנקן | N | 7 | 2,5 | N³⁻ | 2,8 | -3 |
* שימו לב: כל היונים הגיעו למבנה אלקטרוני של גז אציל (יציב)!
תכונות יונים
יונים נמשכים זה לזה
קטיונים (+) ואניונים (-) נמשכים זה לזה ויוצרים קשר יוני (כמו NaCl - מלח).
יונים מוליכים חשמל
תמיסות עם יונים (כמו מי ים) מוליכות חשמל כי היונים נעים בחופשיות.
יונים בגוף
יונים כמו Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Cl⁻ חיוניים לחיים — מעבירים אותות עצביים ומווסתים פעילות תאים.
גודל יון מול אטום
קטיונים קטנים יותר מהאטום המקורי, אניונים גדולים יותר מהאטום המקורי.
שאלה לחשיבה
האם יון נתרן (Na⁺) הוא עדיין נתרן?
כן! יון נתרן הוא עדיין נתרן.
למה?
זהות היסוד נקבעת על ידי מספר הפרוטונים (Z).
• אטום נתרן: 11 פרוטונים
• יון נתרן (Na⁺): 11 פרוטונים
אותו מספר פרוטונים = אותו יסוד!
מה כן השתנה?
• מספר האלקטרונים: 11 → 10
• המטען החשמלי: 0 → +1
• המבנה האלקטרוני: (2,8,1) → (2,8)
• התכונות הכימיות: השתנו!
אבל זה עדיין נתרן — לא הפך למגנזיום או לניאון.
יון נתרן (Na⁺) מתנהג שונה מאוד מאטום נתרן (Na). אטום נתרן הוא מתכת תגובתית, יון נתרן הוא יון יציב במלח שולחן!
איך לזכור: קטיון או אניון?
דרכים לזכור:
- קטיון = מטען חיובי (קיבל מטען חיובי כי איבד אלקטרונים שליליים)
- אניון = מטען שלילי (האות נ דומה למינוס -)
- Cation = + (האות t דומה לפלוס +)
- Anion = - (האות n יש בה קו מינוס -)
- מתכות ← קטיונים (+), לא-מתכות ← אניונים (-)
קטיון = +
איבד אלקטרונים ← מטען חיובי
אניון = -
קיבל אלקטרונים ← מטען שלילי
יציבות = מטרה
יונים מגיעים למבנה גז אציל
יונים הם הכוח המניע של תהליכים רבים בגוף ובטבע.
יונים בגוף האדם:
- נתרן (Na⁺) ואשלגן (K⁺): שולטים על העברת אותות עצביים בין תאי המוח והשרירים
- סידן (Ca²⁺): חיוני לבניית עצמות ושיניים, התכווצות שרירים, וקרישת דם
- כלור (Cl⁻): מרכיב במיצי עיכול, עוזר לשמור על איזון נוזלים
- ברזל (Fe²⁺ / Fe³⁺): מרכיב בהמוגלובין, חלבון שמעביר חמצן בדם
- מגנזיום (Mg²⁺): מפעיל מאות אנזימים בגוף
יונים בטכנולוגיה:
- סוללות ליתיום (Li⁺): בטלפונים ניידים ומחשבים ניידים
- מלח שולחן (NaCl): נתרן וכלור יוניים, חיוני לחיים
- אלקטרוליטים: משקאות ספורט מכילים יונים לאיזון נוזלים
- טיהור מים: הסרת יונים מזיקים (כמו עופרת Pb²⁺)
ללא יונים, לא היו תאים חיים, לא היו אותות עצביים, ולא היו סוללות!