أيون متعدد الذرات

الأيون متعدد الذرات (المعروف أيضًا بالأيون الجزيئي ) هو مجموعة من ذرتين أو أكثر مرتبطة بروابط تساهمية ، أو مركب فلزي ، يمكن اعتباره وحدة واحدة، وعادةً ما تكون شحنته الكلية غير صفرية، ^{[ 1 ]} أو في حالة خاصة، الأيون ثنائي القطب ، حيث قد تؤدي الشحنات المتباعدة مكانيًا إلى تغير الشحنة الكلية تبعًا لظروف الحموضة . يُستخدم مصطلح " جزيء " أو لا يُستخدم للإشارة إلى الأيون متعدد الذرات، وذلك حسب التعريف المُستخدم. تحمل البادئة "متعدد " معنى "كثير" في اليونانية، ولكن حتى الأيونات المكونة من ذرتين تُوصف عادةً بأنها متعددة الذرات. ^{[ 2 ]} قد يوجد أكثر من ذرة واحدة في التركيب تحمل شحنة غير صفرية، وبالتالي قد تكون الشحنة الكلية للتركيب كاتيونية (موجبة) أو أنيونية (سالبة) اعتمادًا على تلك التفاصيل الذرية.

في الأدبيات القديمة، كان يُشار إلى الأيون متعدد الذرات أحيانًا باسم الجذر الحر (أو بشكل أقل شيوعًا، باسم المجموعة الجذرية ). أما في الاستخدام المعاصر، فيشير مصطلح الجذر الحر إلى مختلف الجذور الحرة ، وهي أنواع تحتوي على إلكترون منفرد ولا يشترط أن تكون مشحونة. ^{[ 3 ]}

من الأمثلة البسيطة على الأيونات متعددة الذرات أيون الهيدروكسيد ، الذي يتكون من ذرة أكسجين واحدة وذرة هيدروجين واحدة، ويحملان معًا شحنة صافية مقدارها ^-1 ؛ وصيغته الكيميائية هي OH⁻ . في المقابل، يتكون أيون الأمونيوم من ذرة نيتروجين واحدة وأربع ذرات هيدروجين، ويحمل شحنة مقدارها +1؛ وصيغته الكيميائية هي NH₄⁺ .

غالباً ما تكون الأيونات متعددة الذرات مفيدة في سياق كيمياء الأحماض والقواعد وفي تكوين الأملاح .

_{في كثير من} الأحيان، يمكن اعتبار الأيون متعدد الذرات بمثابة الحمض أو القاعدة المرافقة لجزيء متعادل . على سبيل المثال، القاعدة المرافقة لحمض الكبريتيك ( _H₂SO₄ ) هي أيون كبريتات الهيدروجين متعدد الذرات ( HSO₄⁻ ). وينتج عن إزالة أيون هيدروجين آخر أيون الكبريتات ( SO₄²⁻ ) .

توجد عدة أنماط يمكن استخدامها لتعلم تسمية الأنيونات متعددة الذرات. أولًا، عند إضافة البادئة "bi" إلى الاسم، تُضاف ذرة هيدروجين إلى صيغة الأيون، وتزداد شحنته بمقدار 1، وهذا الأخير نتيجة لشحنة أيون الهيدروجين +1. بديلًا عن البادئة "bi-" ، يمكن استخدام كلمة "هيدروجين " بدلًا منها: الأنيون المشتق من H ⁺ . على سبيل المثال، لننظر إلى أيون الكربونات ( CO2-3 ) :

H ⁺ + CO 2− 3 → HCO − 3 ,

والذي يُسمى إما بيكربونات أو بيكربونات الهيدروجين. وتُسمى العملية التي تُكوّن هذه الأيونات بالبروتنة .

تسمية الأوكسي أنيونات

معظم الأنيونات متعددة الذرات الشائعة هي أنيونات أكسجينية ، وهي قواعد مترافقة للأحماض الأكسجينية (أحماض مشتقة من أكاسيد العناصر غير المعدنية ) . على سبيل المثال، _يُشتق أنيون _{الكبريتات} ، SO₄²⁻ ، من H₂SO₄ ، والذي _يمكن اعتباره SO₃ ₊ H₂O .

تعتمد القاعدة الثانية على حالة أكسدة الذرة المركزية في الأيون، والتي ترتبط عمليًا في كثير من الأحيان (ولكن ليس دائمًا) ارتباطًا مباشرًا بعدد ذرات الأكسجين في الأيون، وفقًا للنمط الموضح أدناه. يوضح الجدول التالي عائلة أيونات الكلور الأكسجينية السالبة :

حالة الأكسدة	-1	+1	+3	+5	+7
اسم الأنيون	كلوريد	هيبوكلوريت	الكلوريت	الكلورات	بيركلورات
صيغة	Cl −	ClO −	ClO − 2	ClO − 3	ClO − 4
بناء

مع ازدياد عدد ذرات الأكسجين المرتبطة بالكلور، يصبح عدد تأكسد الكلور أكثر إيجابية. وهذا ما يُفسر النمط الشائع التالي: أولًا، يُعتبر أيون -ات الاسم الأساسي؛ إضافة البادئة per- تُضيف ذرة أكسجين (أو تزيد حالة التأكسد )، بينما تغيير اللاحقة -ات إلى -يت يُقلل عدد ذرات الأكسجين بمقدار ذرة واحدة، والاحتفاظ باللاحقة -يت وإضافة البادئة hypo- يُقلل عدد ذرات الأكسجين بمقدار ذرة أخرى، كل ذلك دون تغيير الشحنة. ويتبع نمط التسمية هذا في العديد من سلاسل الأوكسي أنيونات المختلفة، استنادًا إلى جذر قياسي لتلك السلسلة. يحتوي -يت على ذرة أكسجين أقل من -ات ، ولكن قد تحتوي أنيونات -ات المختلفة على أعداد مختلفة من ذرات الأكسجين.

بشكل عام، يُشير تغيير البادئة إلى تغيير في حالة الأكسدة . والاستثناء الرئيسي هو البادئة "بير-" ، حيث أن الهالوجينات وبعض الفلزات الانتقالية فقط هي التي يمكن أكسدتها إلى حالات الأكسدة +7 أو أعلى والتي تستخدم عادةً "بير-" . بالنسبة للعناصر الأخرى، تُستخدم "بير-" كاختصار لـ "بيروكسي- "، الذي له نفس حالة الأكسدة لأنيون " -ات" السابق ، ولكنه يحتوي على مجموعة بيروكسيد بدلاً من ذرة أكسجين واحدة . وهناك أيضًا حالات تزداد فيها حالة الأكسدة دون أن يزداد عدد ذرات الأكسجين، مثل أكسدة المنجنات ( MnO₂⁻ ) إلى برمنجنات ( MnO₄⁻ ) .

تُشكّل بعض الأنيونات الأكسجينية ثنائيات ، عادةً بفقدان جزيء أكسيد مكافئ . تُعطى هذه الأنيونات البادئة "ثنائي" أو "بيرو" (إذ يُمكن تحضير العديد منها بالتسخين). ^{[ 4 ]} تحتوي هذه الأنيونات على روابط X−O−X ، وترتبط بنيويًا بأنهيدريدات الأحماض المرافقة . تُستخدم البادئة "بيرو" فقط لهذا النوع من الثنائيات؛ أما الأنواع الأخرى، مثل الهيبونيتريت ، فتحتوي على بنى روابط مختلفة على الرغم من أن صيغتها الكيميائية تُشير إلى أنها "مُكوّنة" من وحدتي نيتروكسيد .

يوضح الجدول التالي أنماط تسمية الأيونات لبعض الأيونات الشائعة ومشتقاتها. تم تمييز الاستثناءات من القواعد باللون الأصفر، بينما تم تمييز الأنيونات غير المستقرة لدرجة عدم وجودها باللون الأحمر "لا يوجد".

عنصر	نوع الأنيون	الأنيون المختزل		نقص		-ite		-أكل		بيروكسي أو بيروكسي
الكلور	الجميع	كلوريد	Cl −	هيبوكلوريت	ClO −	الكلوريت	ClO − 2	الكلورات	ClO − 3	بيركلورات	ClO − 4
نتروجين	أنيون بسيط	نتريد	N 3−	النيتروكسيد	لا -	النتريت	NO − 2	نترات	NO − 3	بيروكسي نيتريت	NO − 4
	ثنائي	لا يوجد ثنائي؛ ثلاثي أزيد	N − 3	الهيبونيتريت	N2O2−2​​​​	لا أحد		لا أحد		لا أحد
الكبريت	أنيون بسيط	الكبريتيد	S 2−	سلفوكسيلات	SO 2− 2	الكبريتيت	SO 2− 3	كبريتات	SO 2− 4	بيرسلفات أو بيروكسيسلفات	SO 2− 5
	بروتون	ثنائي الكبريتيد	HS −	سلفوكسيلات الهيدروجين	HSO − 2	بيسلفيت أو كبريتيت الهيدروجين	HSO − 3	البيسلفات أو كبريتات الهيدروجين	HSO − 4	بيرسلفات الهيدروجين	HSO − 5
	ثنائي	ثنائي الكبريتيد	S 2− 2	لا أحد		بيروسلفيت أو ثنائي الكبريتيت	S 2 O 2− 5	بيروسلفات أو ثنائي الكبريتات	S 2 O 2− 7	بيروكسيديسلفات	S 2 O 2− 8
الفوسفور	أنيون بسيط	الفوسفيد	P 3−	لا أحد		لا أحد		الفوسفات أو الفوسفات الأرثو	PO 3− 4	بيروكسي أحادي الفوسفات	PO 3- 5
	بروتون واحد	لا أحد		لا أحد		الفوسفيت	HPO 2− 3	فوسفات الهيدروجين	HPO 2− 4	بيروكسي أحادي الفوسفات الهيدروجيني	HPO 2− 5
	تمت بروتونته مرتين	الفوسفانيد	H 2 P −	الفوسفينات أو هيبوفوسفيت	H 2 PO − 2	فوسفيت الهيدروجين	H 2 PO − 3	فوسفات ثنائي الهيدروجين	H 2 PO − 4	ثنائي هيدروجين بيروكسي أحادي الفوسفات	H 2 PO − 5
	ثنائي	لا يوجد ثنائي؛ العديد من متعددات الفوسفيد الأخرى	P 2− 4 ، P 3− 7 ، P 3− 11 ، إلخ.	لا أحد		ثنائي الفوسفيت أو بيروفوسفيت	H 2 P 2 O 2− 5	ثنائي الفوسفات أو بيروفوسفات	P 2 O 4− 7	بيروكسيديفوسفات	P 4 O 4− 8

تُقدّم الجداول التالية أمثلة إضافية للأيونات متعددة الذرات الشائعة في فئات مختلفة. وقد اقتصرت الأمثلة على عدد قليل منها، نظراً لكثرة الأيونات متعددة الذرات التي تُصادف في الواقع العملي.

تستطيع العديد من الجزيئات متعددة الذرات حمل شحنات منفصلة مكانيًا، مُكَوِّنةً أيونات متعددة الذرات متعددة الشحنات. ومن الأمثلة المهمة على هذه المركبات الأيونات ثنائية القطب ، وهي مركبات متعادلة ولكنها تحمل شحنات رسمية متعاكسة داخل الجزيء نفسه. ^{[ 5 ]} ومن الأمثلة النموذجية الأحماض الأمينية ، التي تحمل مجموعتي أمين وكربوكسيل مشحونتين. ويمكن لهذه الشحنات أن تؤثر على الخصائص الكيميائية ^{[ 6 ]} والفيزيائية للمواد. ^{[ 7 ]}

تُظهر العديد من الأيونات ثنائية القطب ظاهرة التماكب مع جزيء "أصلي" خالٍ من الشحنات الرسمية. على سبيل المثال، يتحول الجلايسين بشكل عكسي بين الجزيء الأصلي وشكل أيوني ثنائي القطب عن طريق نقل ذرة هيدروجين غير مستقرة بين مجموعة الأمين البروتونية ومجموعة الكربوكسيلات . ^{[ 8 ]} في المقابل، يحتوي ثلاثي ميثيل جلايسين على ثلاث مجموعات ميثيل غير مستقرة ، مما يُشكل أيون الأمونيوم الرباعي ، لذا فهو لا يتحول إلى المتصاوغ غير الأيوني ثنائي القطب ( إستر ثنائي ميثيل جلايسين ). تُسمى هذه الأيونات ثنائية القطب غير المتماكبة بالبيتينات . ^{[ 9 ]}

• أيون أحادي الذرة
• البروتون
• أيون الأونيوم

• الكيمياء العامة عبر الإنترنت: ملاحظات مصاحبة: المركبات: الأيونات متعددة الذرات
• قائمة الأيونات متعددة الذرات
• جداول الأيونات متعددة الذرات الشائعة ، بما في ذلك ملفات PDB