مرکز دانلود خلاصه کتاب و جزوات دانشگاهی

پيوند شيميايي:

يك دليل عمده براي تشكيل پيوند اين است كه با تشكيل پيوند ,انرژي پتانسيل بين ذره هاي مثبت ومنفي كاهش مي يابد ,خواه اين ذره هاي يونهايبا بار مخالف يا هسته يك اتم والكترونهاي اتم ديگر باشند . همان طور كه خواص يك يك اتم به وسيله آرايش الكتروني آن اتم وقدرت جاذبه بين هسته والكترون تعيين مي شود ,نوع وقدرت پيوند هاي بين اتمهاي نيز خواص يك عنصر يا تركيب را

معين مي كند . مدلي كه در تشكيل پيوند يوني براي تشريح پيوند به كار مي رود ,شامل انتقال الكترون از اتم فلز به اتم نافلز است . در جريان انتقال الكترون ,يونهاي مثبت ومنفي تشكيل مي شود كه در يك تركيب جامد يوني با يك آرايش منظم در كنار يكديگر قرار مي گيرند . به طور تقريب ,هر يون تك اتمي عنصر گروه اصلي جدول تناوبي داراي يك لايه بيروني پر (دو يا هشت

الكترون) است كه با تعداد الكترونهاي نزديكترين گاز نجيب يكسان است . اين نكته در قاعده هشتاي ( اكتت) كه در مورد انواع پيوند ها صادق است ,منعكس شده است . طبقاين قاعده ,وقتي

اتمها در تشكيل يك لايه بيروني پر شامل هشت الكترون به دست آوردند .

چگونگي تشكيل پيوند :

براي بررسي چگونگي تشكيل پيوند ,ساده ترين مولكول دواتمي يعني مولكول هيدروژن (H2)

را در نظر مي گيريم . فرض كنيد دو اتم مجزا Hاز يك فاصله دور به يكديگر نزديك مي شوند به تدريج كه فاصله بين اين دو هسته ها كوتاهتر مي شود ,هسته هر اتم اثر جاذبه خود را روي ابر الكتروني اتم ديگر نشان مي دهد وچنين برهم كنشي موجب كم شدن انرژي پتانسيل اين سيستم مي شود . افزايش اثر جاذبه هسته ها را يكديگر نزديكتر مي كند و انرژي پتانسيل سيستم باز هم كمتر مي شود . همراه با افزايش اثر جاذبه , دافعه بين هسته ها وبين ابزهاي الكتروني نيز افزايش مي يابد تا اينكه در يك فاصله تعادلي بين نيرم هاي جاذبه و دافعه موازنه بر قرار مي شود و اين سيستم به حداقل انرژي پتانسيل خود مي رسد . در فاصله اي كوتاهتراز اين فاصله تعادلي نيروي دافعه زياد شده ,سبب افزايش انرژي پتانسيل مي شود . جاذبه متقابل بين هسته ها و جفت الكترون پيوند كووالانسي را تشكيل مي دهد واين پيوند است كه اتمهاي را در مولكول هيدروژن به يكديگر متصل مي كند . در تشكيل پيوند كووالانسي ,همانند تشكيل پيوند اتم به طور كلي به يك لايه بيروني كامل دست مي يابد ,اما در اين مورد ,به جاي انتقال الكترون با اشتراك الكترونها روبهرو هستيم . در يك پيوند كووالانسي الكترونهاي مشترك را حساب هر يك از دو شركت كننده در پيوند مي گذاريم . به اين ترتيب يك جفت الكترون مشترك به طور همزمان لايه بيروني هر دو اتم Hرا پر مي كند . اين جفت مشترك يا جفت پيوندي را با دو نقطه مانند H :Hيا يك خط كوتاه مانند H _H نمايش مي دهيم . جفت الكتروني كه بخشي از لايه ظرفيت اتم است اما در تشكيل پيوند دخالت ندارد . جفت تنها يا جفت غير مشترك ناميده

مي شود . جفت پيوندي در مولكول HFلايه بيروني اتم Hرا پر مي كند . همچنين اين جفت همراه با سه جفت تنها ي اتم Fلايه بيروني اين اتم را پر مي كند . در بسياري از مولكولها

(و يونها ) بين دو اتم پيوند وجود دارد . اين نوع پيوند غالبا بين اتمهاي C,O,N,يا S با

يكديگر ديده مي شود . پيوند دوگانه شامل دو جفت الكترون پيوندي يا چهار الكترون است كه بين دو اتم به اشتراك قرار گرفته اند . مولكول اتيلن ( ‍C2H4 )هيدروكربني است كه داراي يك پيوند دوگانه بين اتمهاي كربن و چهار پيوند يگانه كربن _هيدروژن است . هر اتم كربن با دو

جفت الكترون پيوند دوگانه ودو جفت الكترون پيوندهاي كربن _ هيدروژن به يك آرايشهشت الكتروني ( اكتت) رسيده است . يك پيوند سه گانه شامل سه جفت الكترون پيوندي است وبين دو اتم ,شش الكترون به اشتراك گذاشته مي شود . در مولكول نيتروژن ,دو اتم نيتروژن به

وسيله يك پيوند سه گانه به يكديگر متصل اند و هر اتم Nيك جفت تنها نيز دارد . هر اتم نيتروژن با داشتن شش الكترون از پيوند سه گانه و دو الكترون جفت تنها به آرايش هشت الكتروني رسيده است . مرتبه پيوند اشاره به تعداد جفت الكترونهاي مشترك بين اتم دارد . مرتبه پيوند يك پيوند يگانه (يك جفت الكترون مشترك ) برابر با يك ,يك پيوند دوگانه برابر با دو و يك

پيوند سه گانه برابر با سه است .

پیوند یونی

پیوند یونی نوعی از پیوند شیمیایی است که برپایه نیروی الکترواستاتیک بین دو یون با بار مخالف شکل می‌گیرد.

ترکیبات یونی متشکل از تعداد زیادی آنیون و کاتیون هستند که با طرح معین هندسی در کنار هم قرار گرفته‌اند و یک بلور بوجود می‌آورند. هر بلور ، به سبب جاذبه‌های منفی ـ مثبت یونها به هم ، نگهداشته شده است. فرمول شیمیایی یک ترکیب یونی نشانه ساده‌ترین نسبت یونهای مختلف برای به وجود آوردن بلوری است که از نظر الکتریکی خنثی باشد.

ماهیت یون

وقتی اتم‌ها به یون تبدیل می‌شوند، خواص آنها شدیدا تغییرمیکند. مثلا مجموعه‌ای از مولکولهای برم قرمز است. اما یونهای در رنگ بلورماده مرکب هیچ دخالتی ندارند. یک قطعه سدیم شامل اتم‌های سدیم‌ نرم است. خواص فلزی دارد و بر آب به شدت اثر می‌کند. اما یونهای در آب پایدارند.

مجموعه بزرگی از مولکولهای کلر ، گازی سمّی به‌رنگ زرد مایل به سبز است، ولی یونهای کلرید مواد مرکب رنگ ایجاد نمی‌کنند و سمّی نیستند. به همین لحاظ است که یونهای سدیم و کلر را به صورت نمک طعام می‌توان بدون ترس از واکنش شدید روی گوجه فرنگی ریخت. وقتی اتم‌ها به صورت یون در می‌آیند، ماهیت آنها آشکارا تغییر می‌کند.

خواص مواد مرکب یونی

رسانایی الکتریکی : رسانایی الکتریکی مواد مرکب یونی مذاب به این علت است که وقتی قطب‌هایی با بار مخالف در این مواد مذاب قرار گیرد و میدان الکتریکی برقرارشود، یونها آزادانه به حرکت در می‌آیند. این حرکت یونها بار یا جریان را از یک‌جا به جای دیگر منتقل می‌کنند. در جسم جامد که یونها بی‌حرکت‌اند و نمی‌توانند آزادانه حرکت کنند، جسم خاصیت رسانای الکتریکی ندارد.

سختی : سختی مواد مرکب یونی به علت پیوند محکم میان یونهای با بار مخالف است. برای پیوندهای قوی انرژی بسیاری لازم است تا یون‌ها از هم جدا شوند و امکان حرکت آزاد حالت مذاب را پیداکنند. انرژی زیاد به معنی نقطه جوش بالا است که خود از ویژگی‌های مواد مرکب یونی است.

شکنندگی : مواد مرکب یونی شکننده‌اند. زیرا که ساختار جامد آنها آرایه منظمی از یونهاست. مثلا ساختار سدیم کلرید (NaCl) را در نظر بگیرید. هرگاه یک سطح از یونها فقط به فاصله یک یون در هر جهت جابجا شود، یونهایی که بار مشابه دارند درکنار یکدیگر قرار می‌گیرند و یکدیگر را دفع می‌کنند و چون جاذبه‌ای در کار نیست بلور می‌شکند. سدیم کلرید را نمی‌توان با چکش کاری ، به ورقه‌های نازک تبدیل کرد. با چنین عملی بلور نمک خرد و از هم پاشیده می‌شود.

گروههای حاوی پیوند یونی

عناصرگروه IA (فلزات قلیایی) یعنی Li ، Na ، K ، Rb ، Cs ، هر یک به ترتیب یک الکترون بیشتر از گازهای نجیب ، (He ، Kr ، Ne ، Ar ، Xe) دارند. اگر هر یک از این فلزات از هر اتم یک الکترون از دست بدهند، جزء باقیمانده آرایش الکترونی گاز نجیب متناظر خود را پیدا می‌کند. مثلا ، Li یک الکترون والانس در آرایش حالت پایه دارد. از دست دادن یک الکترون موجب می‌شود که Li ساختار الکترونی He را پیداکند. یک اتم Li که فقط دو الکترون و سه پروتون داشته باشد، بار +۱ خواهد داشت.

یک اتم باردار مانند یا یک گروه از اتم‌های باردار ، مانند گروه سولفات را یون می‌گویند.

عناصر گروه IIA (فلزات قلیایی خاکی) هریک دو الکترون والانس دارند. پس برای اینکه mg ، ca ، sr ، ba ساختار گاز نجیب را به دست آورند اتم‌های هرعنصر باید دو الکترون از دست بدهند. از دست رفتن دو الکترون موجب می‌شود که دو پروتون در هسته خنثی نشده بماند. پس هر یون بار +۲ خواهد داشت. برای جدا شدن سومین الکترون لازم است جفت الکترونهای تراز اصلی با انرژی پایین‌تر شکسته شود. این امر انرژی زیادتری می‌خواهد. جداشدن الکترونها از فلزات و تشکیل یونهای مثبت حاصل از آنها را می‌توان به راههای مختلف ترسیم کرد.

پس جدا شدن یک الکترون از یک اتم معین جداشدن الکترونهای بعدی به ترتیب مشکلتر می‌شود. زیرا با از دست رفتن هر الکترون بار مؤثر زیادتری می‌شود و الکترونهای باقیمانده را محکمتر نگاه می‌دارد. بطور خلاصه یونهای مثبت وقتی تشکیل می‌شوند که اتم‌های فلزی یک الکترون (گروهIA) دو الکترون (گروهIIA) و یا سه الکترون (گروهIIIA) به اتم‌های غیر فلزی می‌دهند. یونهای حاصل آرایش الکترونی یکسان با یک گاز نجیب دارند.

عناصر گروه VIIA (هالوژنها) یونهای مثبت در حضور یونهای منفی پایدار می‌شوند. خنثی شدن بار ، هر دو نوع یون را پایدار می‌کند. یونهای منفی پایدار ، از اتم‌هایی که شش یا هفت الکترون والانس دارند، تولید می‌شوند. اینگونه اتم‌ها آنقدر الکترون بدست می‌آورند تا ساختار گاز نجیب را پیدا کنند. مثلا اتم‌های عناصر گروه VIIA (هالوژن‌ها) هفت الکترون والانس دارند و هر یک ، یک الکترون می‌خواهند تا آرایش الکترونی یک گاز نجیب را پیدا کنند.

اگر اتم‌های F ، Cl ، Br ، I هر یک ، یک الکترون بدست آورند، یونهای حاصل یعنی ، ، ، به ترتیب آرایش الکترونی را خواهند داشت.

عناص گروه VIA (گروه اکسیژن) اتم عناصر (VIA) برای رسیدن به ساختار الکترونی یک گاز نجیب هریک دو الکترون نیاز دارند. اضافه شدن دو الکترون به هر اتم ، سبب تولید می‌شود. روند به دست آوردن الکترون توسط غیرفلزات ، مانند از دست دادن الکترون توسط فلزات را می‌توان به راههای متفاوت ترسیم کرد. بطور خلاصه غیرفلزات یک ، دو ، یا سه الکترون از فلزات می‌گیرند و یون منفی ایجاد می‌کنند.

این یونهای منفی همگی الکترونهای والانس جفت شده و آرایش هشت الکترونی پایدار گازهای نجیب را دارند.

فرمول شیمیایی مواد مرکب یونی فرمول شیمیایی یک ماده مرکب از لحاظ الکتریکی خنثی است. خنثی بودن الکتریکی مستلزم آن است که شمار بارهای مثبت و منفی در بلور ماده مرکب برابر باشند. دو برای هر ، سه یون برای دو یون Al^۳+ و الی آخر. در بلور نمک طعام یونهای با جاذبه الکتریکی میان بارهای مخالف ، در جای خود نگاه داشته شده‌اند.

علاوه بر این ، برای خنثی بودن این ماده مرکب باید نسبت یونهای سدیم به یونهای کلرید ۱ به ۱ باشد. در این صورت ساده‌ترین فرمول آن خواهد بود. در ساختار بلورین هر یون سدیم با هر شش یون کلرید اطراف آن جذب می‌شود. به همین طریق هر یون کلرید با هر شش یون سدیم اطراف آن جذب می‌شود.

در ساختارهای یونی هیچ مولکول تک اتمی وجود ندارد، یعنی هیچ یون خاصی وجود ندارد که منحصرا به یک یون دیگر بپیوندد.