מה זה CATIONS ולשם מה הם נועדו
ה קטיונים הם מינים כימיים הממלאים תפקיד מהותי בתהליכים חיוניים רבים ויש להם מספר יישומים בתעשייה וברפואה. אם אתה רוצה לדעת בפירוט מה הם קטיונים ולמה הם נועדוקרא את השיעור הזה ממורה שם אנו מסבירים לך אותו.
ה קטיונים הם אטומים או מולקולות שיש להן מטען חיובי נטו. כלומר, הם אותם אטומים או מולקולות שבהם מספר הפרוטונים בכללותו עולה על מספר האלקטרונים.
מין כימי זה מיוצר תמיד על ידי אובדן אלקטרוניםמכיוון שאלו הם החלקיקים הטעונים היחידים שיכולים לעזוב או לחבר אטומים או מולקולות. זה כך, מאז אלקטרונים סובבים סביב גרעין אטום במערך מסלולים (הנקראים אורביטלים) ואשר, ככלל, יוצרים את קליפת המוח האלקטרונית, שהיא החלק החיצוני ביותר של האטום.
קטיונים מתרחשים בלבד בצורה חופשית בתמיסה בממיסים קוטביים כמו מים. בצורה מוצקה אנו מוצאים אותם המהווים חלק מתרכובות יוניות, בשילוב עם אניונים; יוצר אתה יוצא. נמצאים גם המהווים חלק מחומרים מתכתיים, בהן קטיונים יוצרים רשת שביניהם אלקטרונים נעים בצורה חופשית.
עכשיו שאתה יודע מהם קטיונים, בואו נגלה את הסוגים השונים שקיימים. יש שני:
- קטיונים מונומטיים: קטיונים מונומטיים הם אלה שנוצרו על ידי אטום יחיד. מדובר ביונים של יסודות מתכתיים, בעלי אנרגיית יינון נמוכה מאוד. משמעות הדבר היא שהם אטומים המנותקים בקלות רבה מהאלקטרונים של הקליפה החיצונית ביותר שלהם (מעטפת הערכיות), כדי להגיע למבנה הגז האצילי של התקופה הקודמת. תצורה אלקטרונית זו מרמזת על יציבות גבוהה והאלמנטים המתכתיים רוכשים צורות קטיוניות בקלות רבה.
- קטיונים פוליאטומיים: במקרה זה, מדובר בתרכובות כימיות המורכבות מאטומים של יסודות שונים ובעלי מטען חיובי נטו. הם לא שופעים במיוחד, כמה דוגמאות הן: יון האמוניום (NH4+), הידרוניום (H3O+) או ניטרוניום (NO2+).
בתוך הקטיונים הפוליאטומיים עלינו להתחשב גם בקטיונים אורגניים, הם תרכובות אורגניות (שנוצרו על ידי פחמן כאלמנט העיקרי) עם מטען חיובי. סוגים אלה של קטיונים הם בדרך כלל ארומטיים במהותם, כלומר הם מורכבים מטבעות בנזן.
תמונה: כימיה II
קטיונים הם מינים כימיים, קיומו אינו מרמז על "תועלת" מהותית. עם זאת, ניתן לדבר על "תועלת" ביחס לחשיבות הפיזיקלית-כימית והביולוגית של קטיונים בהמון תהליכים או תופעות. פיזי שעשוי להיות חיוני לתפקוד תקין של הגוף או היישומים הרפואיים שלו או תהליכים תעשייתיים שמעניינים אותם כַּלְכָּלִי. אם אתה רוצה לדעת בשביל מה קטיונים, כאן אנו משאירים לך סקירה של השימושים הנפוצים ביותר שלה, שים לב!
הגדר שיפועים אלקטרוכימיים
קטיונים באופן כללי נמצאים בריכוזים שונים בסביבה הפנימית והחיצונית. זה מאפשר לקבוע שיפועים אלקטרוכימיים בתקשורת המופרדים על ידי קרום חד-חדיר כגון קרום התא. ה קטיוני נתרן ואשלגן יש להם חשיבות חיונית לשמירה על השיפוע האלקטרוכימי בסביבה הפנימית של אורגניזמים חיים. בעוד הקטיון ק+ זהו השכיח ביותר בסביבה הפנימית של התאים, נתרן הוא הקטיון הנפוץ ביותר בסביבה (ביוטופ). שני הקטיונים מעורבים במנגנוני תחבורה מורכבים.
ויסות תופעות אוסמוטיות
אוסמוזה מורכבת מפיזור פסיבי (הוא מתרחש באופן ספונטני ואינו דורש הזנת אנרגיה) של מים דרך קרום חדיר למחצה, ממדיום עם ריכוזים גבוהים של תרכובת בתמיסה, למדיום בו הריכוז של התרכובת האמורה נמוך יותר. לכן, מעבר המים דרך הממברנה נקבע על ידי הבדלי הריכוז בין הסביבה הפנימית והחיצונית של התא.
קבע את ה- pH של המדיום הפנימי
ה- pH של תמיסה הוא רמת הריכוז של יוני מימן (H +) בתמיסה. פרמטר זה הוא בעל חשיבות חיונית להישרדותם של אורגניזמים ועליו להישמר בגבולות צרים; כדי להבטיח תפקוד תקין של האנזימים המווסתים תגובות מטבוליות ותפקודים חיוניים אחרים.
פונקציות ביולוגיות ספציפיות של קטיונים
בנוסף להשתתפות בשמירה על הומאוסטזיס, ה- pH של המדיום או המדרגות האלקטרוכימיות; יש קטיונים שמבצעים פונקציות ספציפיות בגוף. למשל, אותו קטיון סידן (Ca2+) חיוני בכיווץ השרירים י קטיונים של נתרן (Na +) ואשלגן (K +) הם יסודיים ב העברת דחף חשמלי לאורך האקסון של הנוירונים.
אנו מוצאים גם קטיונים הקשורים לחומרים אורגניים כגון חלבונים או ביומולקולות אחרות. האם זה המקרה קטיון ברזלי (Fe2+) המהווה חלק מהמרכז הפעיל של הֵמוֹגלוֹבִּין וזה חיוני להובלת חמצן בדם. דוגמא נוספת היא הקטיון מנגניום (Mg2 +) שהוא חלק מהמרכז הפעיל של הכלורופיל, פיגמנט פוטוסינתטי של הצמחים.
כחלק ממלחים אנו מוצאים את סידן בצורה מוצקה המהווים חלק ממבני תמיכה או הגנה כגון קליפות, קליפות ומ שֶׁלֶד.
יישומים רפואיים ותעשייתיים של קטיונים
לקטיונים יש מספר יישומים בתעשייה וברפואה הן בצורתם החופשית (בתמיסה) והן כחלק ממלחים. להלן נראה כמה דוגמאות לשימוש בקטיונים או מלחים הן בתעשייה והן ברפואה.
קטיונים מתכתיים כגורמים אנטי מיקרוביאליים
ה קטיון כסף (Ag +) יש לו השפעות חיידקיות בריכוזים נמוכים. ברפואה משתמשים בו יותר מכל בכוויות.
ברמה התעשייתית, קטיונים ממתכת, כגון נחושת, אבץ או טיטניום, הכלולים בחלקיקים ננו, משמשים גם כחומרים מיקרוביאלית. באזורי יישום מגוונים כמו ייצור טקסטיל, מזון לבעלי חיים ותעשיית התרופות והקוסמטיקה.
ייצור סוללות חשמליות
בייצור סוללות חשמליות נטענתיון ליתיום (Li+). מדובר בסוללות טעינות מהירות במיוחד עם אורך חיים שימושי שיכול להגיע ל -10 שנים. יתרון נוסף שיש להם הוא שהם זולים יחסית לייצור. לסוללות אלה יש מספר יישומים שכן הם משמשים בטלפונים ניידים, מחשבים ניידים ומכוניות חשמליות. ממציאי הסוללות הללו, גודנוג, ויטינגהם ויושינו, קיבלו את פרס נובל לכימיה בשנת 2019.
הדמיית MRI
קטיונים הם פרמגנטיים, כלומר יש להם נטייה ליישר את עצמם במקביל לשדה מגנטי. מאפיין זה משמש ברפואה להשגת תמונות לאבחון מחלה או פציעה. באופן ספציפי, הטכניקה של הדמיית תהודה מגנטית עם ניגודיות. ניגודיות היא "צבע" המאפשר הדמיה ומועבר בעבר לחולה תוך ורידי. הפתרונות של קטיון גדוליניום (אלוקים3+) אשר נקשר לתרכובות אורגניות המאפשרות ליצור תמונות.
