مفهوم الكاتيون
الكاتيون (بالإنجليزية: Cation) هو عبارة عن ذرة أو مجموعة من الذرات تحمل شحنة كهربائية موجبة. تتشكل المركبات الأيونية من أيونات تحمل شحنات موجبة وأخرى سالبة، حيث تُشكّل الأيونات الموجبة الكاتيونات التي تنجذب للأنيونات السالبة الشحنة، مما يساهم في تكوين المركبات الأيونية. غالبًا ما تتكون الكاتيونات من عناصر معدنية، بينما تتشكل الأنيونات من عناصر غير معدنية.
تتضمن العناصر القادرة على تكوين الكاتيونات تلك الموجودة في المجموعتين الأولى والثانية إلى جانب العناصر الانتقالية. عادةً ما يرمز للكاتيون بواسطة رمز العنصر متبوعًا بإشارة موجبة متبوعة برقم يدل على عدد الإلكترونات المفقودة، مثل Mg⁺². بإمكاننا أيضًا إضافة إشارات موجبة عدة للدلالة على عدد الإلكترونات المفقودة، مثل ⁺⁺Mg، أو قد يتم تجاهل الرقم إذا كانت عدد الإلكترونات المفقودة يساوي 1.
عملية تكوين الكاتيون
يتكون الكاتيون نتيجة لفقدان إلكترون واحد أو أكثر، وعادةً ما تكون الكاتيونات الأكثر شيوعًا هي تلك التي تفقد إلكترونات التكافؤ. في الحالة العادية، يتساوى عدد البروتونات والإلكترونات في الذرة، مما يجعل الذرة متعادلة كهربائيًا وتكون شحنتها النهائية صفرًا.
عادةً ما تكون الإلكترونات في المدار الخارجي للذرة مرتبطة بشكل ضعيف، مما يسهل فقدانها. وعند فقدان هذه الإلكترونات، يصبح عدد البروتونات الموجبة في الذرة أكبر من عدد الإلكترونات السالبة، مما ينتج عنه شحنة موجبة للكاتيون.
على سبيل المثال، يمتلك عنصر الصوديوم القلوي إلكترون تكافؤ واحد في مستواه الطاقي الثالث، وعندما يفقد هذا الإلكترون، يصبح تركيبه الإلكتروني مشابهًا لأحد عناصر الغازات النبيلة. في حالة الصوديوم، يصبح شبيها بذرة النيون التي تحتوي في مدارها الثاني على 8 إلكترونات.
في الظروف الطبيعية، لا يمكن للذرة فقدان أكثر من 3 إلكترونات من مداراتها، وتوجد الكاتيونات بأربعة أنواع تبعًا للشحنة التي تمتلكها:
- كاتيون أحادي الشحنة يفقد إلكترونًا واحدًا فقط.
- كاتيون ثنائي الشحنة يفقد إلكترونين.
- كاتيون ثلاثي الشحنة يفقد 3 إلكترونات.
- أيون ثنائي القطب يمتلك شحنة إجمالية متعادلة ولكنه يحتوي على جزء يحمل شحنة موجبة وآخر يحمل شحنة سالبة.
أمثلة وتطبيقات على الكاتيونات
تُعرَف الكاتيونات بتوجهها نحو القطب السالب المعروف باسم الكاثود في المجالات الكهربائية، وتمثل الكاتيونات عنصرًا أساسيًا في الحياة البشرية. فمثلاً، تعتبر كاتيونات الصوديوم والبوتاسيوم والمغنيسيوم ضرورية في تنظيم ضغط الدم وتحفيز انقباض العضلات، كما تلعب كاتيونات الكالسيوم دورًا مهمًا في بناء العظام.
يستعمل كاتيون الصوديوم أيضًا في تطهير المياه، كما يدخل في صناعة ملح الطعام (كلوريد الصوديوم) الذي يُستخدم في التجهيزات الغذائية والمواد الحافظة.
تتواجد العديد من الأمثلة على الكاتيونات، وإليكم أسماء ورموز بعضها:
- الهيدرونيوم
⁺H₃O
- الأمونيوم
⁺NH₄
- كاتيون الفضة
⁺Ag
- كاتيون الليثيوم
⁺Li
- كاتيون الكالسيوم
Ca⁺²
- كاتيون الزئبق
⁺²(Hg₂)
- كاتيون الحديد الثنائي
Fe⁺²
- كاتيون الباريوم
Ba⁺²
- كاتيون المغنيسيوم
Mg⁺²
- كاتيون الحديد الثلاثي
Fe⁺³
- كاتيون الألمنيوم
Al⁺³