ما هي الكاتيونات وما الغرض منها
ال الايونات الموجبة إنها أنواع كيميائية تلعب دورًا أساسيًا في العديد من العمليات الحيوية ولها تطبيقات متعددة في الصناعة والطب. إذا كنت تريد أن تعرف بالتفصيل ما هي الكاتيونات وما الغرض منها، اقرأ هذا الدرس من المعلم حيث نشرح لك ذلك.
ال الايونات الموجبة هم انهم ذرات أو الجزيئات التي تحتوي على صافي الشحنة الموجبة. أي أنها تلك الذرات أو الجزيئات التي يتجاوز فيها عدد البروتونات ككل عدد الإلكترونات.
يتم إنتاج هذه الأنواع الكيميائية دائمًا بفقدان الإلكترونات، لأن هذه هي الجسيمات المشحونة الوحيدة التي يمكنها ترك الذرات أو الجزيئات أو الانضمام إليها. هذا هو الحال ، منذ ذلك الحين الإلكترونات تدور حول نواة الذرة في مجموعة من المدارات (التي تسمى المدارات) والتي ، ككل ، تشكل القشرة الإلكترونية ، وهي الجزء الخارجي من الذرة.
الكاتيونات تحدث فقط في شكل حر في محلول في المذيبات القطبية مثل الماء. في شكل صلب نجدهم تشكيل جزء من المركبات الأيونيةجنبا إلى جنب مع الأنيونات. تشكيل انت اخرج. تم العثور عليها أيضا تشكل جزءًا من المواد المعدنية ، حيث تشكل الكاتيونات شبكة تتحرك فيها الإلكترونات في شكل حر.
الآن بعد أن عرفت ما هي الكاتيونات ، دعنا نكتشف الأنواع المختلفة الموجودة. هنالك اثنان:
- الكاتيونات أحادية الذرة: الكاتيونات أحادية الذرة هي تلك التي تتكون من ذرة واحدة. هذه هي أيونات العناصر المعدنية ، والتي لها طاقة تأين منخفضة جدًا. هذا يعني أنها ذرات يمكن فصلها بسهولة عن إلكترونات غلافها الخارجي (غلاف التكافؤ) ، للوصول إلى بنية الغازات النبيلة في الفترة السابقة. يتضمن هذا التكوين الإلكتروني ثباتًا عاليًا وتكتسب العناصر المعدنية أشكالًا كاتيونية بسهولة شديدة.
- الكاتيونات متعددة الذرات: في هذه الحالة ، هي مركبات كيميائية تتكون من ذرات من عناصر مختلفة ولها شحنة موجبة صافية. وهي ليست بكثرة ، ومن الأمثلة على ذلك: أيون الأمونيوم (NH4.4)+) ، الهيدرونيوم (H3O+) أو النترونيوم (NO2+).
داخل الكاتيونات متعددة الذرات ، يجب أن نأخذ في الاعتبار أيضًا الكاتيونات العضوية ، وهي مركبات عضوية (تتكون من الكربون كعنصر رئيسي) بشحنة موجبة. عادة ما تكون هذه الأنواع من الكاتيونات عطرية بطبيعتها ، أي أنها تتكون من حلقات بنزين.
الصورة: الكيمياء 2
الكاتيونات هي أنواع كيميائية، فإن وجودها لا يعني ضمناً "منفعة" جوهرية. ومع ذلك ، فمن الممكن التحدث عن "المنفعة" فيما يتعلق بكل من الأهمية الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية للكاتيونات في العديد من العمليات أو الظواهر. المادية التي قد تكون ضرورية لحسن سير الجسم أو تطبيقاته الطبية أو العمليات الصناعية ذات الأهمية اقتصادي. إذا أردت أن تعرف ما هي الكاتيونات ل، هنا نترك لك مراجعة لاستخداماته الأكثر شيوعًا ، لاحظ!
ضبط التدرجات الكهروكيميائية
بشكل عام ، توجد الكاتيونات بتركيزات مختلفة في البيئة الداخلية والخارجية. هذا يجعل من الممكن إنشاء تدرجات كهروكيميائية في وسائط مفصولة بغشاء شبه نافذ مثل غشاء الخلية. ال كاتيونات الصوديوم والبوتاسيوم إنها ذات أهمية حيوية للحفاظ على التدرج الكهروكيميائي في البيئة الداخلية للكائنات الحية. في حين أن الكاتيون K.+ إنه الأكثر وفرة في البيئة الداخلية للخلايا ، والصوديوم هو الأكثر وفرة في البيئة (biotope). كلا الكاتيونات تشارك في آليات النقل المعقدة.
تنظيم الظواهر التناضحية
يتكون التناضح من الانتشار السلبي (يحدث تلقائيًا ولا يتطلب إدخال طاقة) للمياه ، من خلال غشاء شبه نافذ ، من وسط بتركيزات عالية من مركب في محلول ، إلى وسط يكون فيه تركيز المركب المذكور أكثر منخفضة. لذلك ، يتم تحديد مرور الماء عبر الغشاء من خلال الاختلافات في التركيز بين البيئة الداخلية والخارجية للخلية.
حدد الرقم الهيدروجيني للوسط الداخلي
الرقم الهيدروجيني للمحلول هو مستوى تركيز أيونات الهيدروجين (H +) في المحلول. هذه المعلمة ذات أهمية حيوية لبقاء الكائنات الحية ويجب أن تبقى ضمن حدود ضيقة ؛ لضمان حسن سير الإنزيمات التي تنظم التفاعلات الأيضية والوظائف الحيوية الأخرى.
وظائف بيولوجية محددة للكاتيونات
بالإضافة إلى المشاركة في الحفاظ على التوازن ، ودرجة الحموضة للوسط أو التدرجات الكهروكيميائية ؛ تؤدي بعض الكاتيونات وظائف محددة داخل الجسم. على سبيل المثال ، هو كاتيون الكالسيوم (Ca2+) ضروري في تقلص العضلات ص كاتيونات الصوديوم (Na +) والبوتاسيوم (K +) أساسية في انتقال النبضات الكهربائية على طول محور العصبونات.
نجد أيضًا الكاتيونات المرتبطة بالمواد العضوية مثل البروتينات أو الجزيئات الحيوية الأخرى. هي حالة الكاتيون الحديدي (Fe2+) التي تشكل جزءًا من المركز النشط لـ الهيموغلوبين وهو ضروري لنقل الأكسجين في الدم. مثال آخر هو الكاتيون المنجيسيوم (Mg2 +) وهو جزء من المركز النشط للكلوروفيل صبغة ضوئية من النباتات.
كجزء من الأملاح نجد الكالسيوم في صورة صلبة تشكيل جزء من هياكل الدعم أو الحماية مثل قذائف وقذائف و من هيكل عظمي.
التطبيقات الطبية والصناعية للكاتيونات
للكاتيونات تطبيقات متعددة في الصناعة والطب في شكلها الحر (في محلول) وكجزء من الأملاح. فيما يلي سنرى بعض الأمثلة على استخدام الكاتيونات أو الأملاح في الصناعة والطب.
الكاتيونات المعدنية كعوامل مضادة للميكروبات
ال الكاتيون الفضي (Ag +) له تأثيرات مبيد للجراثيم بتركيزات منخفضة ، ويستخدم في الطب قبل كل شيء في علاج الحروق.
على المستوى الصناعي ، تُستخدم أيضًا الكاتيونات المعدنية ، مثل النحاس أو الزنك أو التيتانيوم ، المتضمنة في الجسيمات النانوية ، كعوامل مضادة للميكروبات. في مجالات التطبيق متنوعة مثل تصنيع المنسوجات والأعلاف الحيوانية وصناعة الأدوية ومستحضرات التجميل.
صنع البطاريات الكهربائية
في صناعة البطاريات الكهربائية قابلة للشحنأيون الليثيوم (Li+). هذه بطاريات فعالة للغاية وسريعة الشحن مع عمر مفيد يمكن أن يصل إلى 10 سنوات. ميزة أخرى لديهم هي أنها رخيصة الثمن نسبيًا في الإنتاج. هذه البطاريات لها تطبيقات متعددة حيث يتم استخدامها في الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والسيارات الكهربائية. حصل مخترعو هذه البطاريات ، Goodenough و Whittingham و Yoshino ، على جائزة نوبل في الكيمياء عام 2019.
التصوير بالرنين المغناطيسي
الكاتيونات هي مغناطيسية ، أي أنها تميل إلى محاذاة نفسها بالتوازي مع المجال المغناطيسي. تستخدم هذه الخاصية في الطب في الحصول على صور لتشخيص المرض أو الإصابة. على وجه التحديد ، تقنية التصوير بالرنين المغناطيسي مع التباين. التباين هو "صبغة" تصويرية تُعطى مسبقًا للمريض عن طريق الوريد. حلول الجادولينيوم الكاتيون (Gd3+) التي ترتبط بالمركبات العضوية مما يسمح بتكوين الصور.
