شیمی123

فصل سوم

هشت تایی شدن الکترونهای لایه ظرفیت قاعده اکتت می گویند. فلزات با از دست دادن و نافلزات با گرفتن الکترون تمایل دارند تعداد الکترونهای ظرفیت خود را به هشت برسانند ولی این قاعده عمومیت ندارد برای مثال کمتر فلز واسطه ای از این قاعده پیروی می کند.

انجام پذیرترین واکنشها آنهایی هستند که طی آنها اتمها از قاعده اکتت پیروی کنند. اتمی که تعداد الکترونها در اوربیتال S و P آخرین لایه کمتر از 8 باشدواکنش پذیر تر است و هر چه با تعداد کمتری الکترون (از دست دادن یا گرفتن) به قاعده 8 تایی برسد واکنش پذیرتر است.

فلزات کاتیون و نافلزات آنیون تشکیل می دهند.

آنیون یا کاتیونی که تنها از یک اتم تشکیل شده باشد یون تک اتمی می گویند . معمولا در عناصر اصلی بار یون تک اتمی پایدارتر با تعداد الکترونی که باید از دست بدهد یا بگیرد تا به آرایش گاز نجیب برسد برابر است. (شکل 1 بخش سوم شیمی دوم).

از واکنش بین یک فلز و یک نافلز یا یون چند تایی نمک یا ترکیب یونی پدید می آید بر این اساس ترکیبات یونی دو دسته هستند 1- دو تایی : که از یک فلز و یک نافلز تشکیل شده اند مانند NaCl,KF .2- چند تایی : از یک فلز و یک یون چند اتمی ساخته شده است. مانند NaNO3 , KClO3

خواص ترکیبات یونی 1- بلور آنها از یونهای مثبت و منفی تشکیل شده است و پیوند یونی بین یونهای آن برقرار است.2- نقطه ذوب و جوش بالایی دارند که بستگی به انرژی شبکه آنها دارد.3- در حالت مذاب و محلول رسانای جریان برق هستند که میزان رسانایی در آنها به تعداد یون اندازه یون و بار یونها بستگی دارد.4- شکننده هستند. 5- آرایش یونها به صورت یک الگوی تکراری از یونهای مثبت و منفی است که به آن شبکه بلور می گویند.

انرژی شبکه بستگی به بار یونها و اندازه یونها دارد که انرژی شبکه با بار یونها رابطه مستقیم و با اندازه یونها نسبت عکس دارد. هر چه مقدار انرژی شبکه بیشتر باشد نشاندهنده قویتر بودن پیوند یونی بین یونهاست و بالاتر بودن نقطه ذوب و جوش ترکیب یونی است. برای مقایسه انرژی شبکه دو ترکیب یونی کاتیون را با کاتیون و آنیون را با آنیون از لحاظ بار و اندازه مقایسه می کنیم .

برای نوشتن فرمول هر ترکیبات یونی  ابتدا فلز(یا یون آمونیم) را درسمت چپ و آنیون تک اتمی یا چند اتمی را در سمت راست آن می نویسیم و سپس جای ظرفیتها را با هم عوض می کنیم . اگر ظرفیتها قابل ساده کردن باشد با هم ساده می کنیم.

برای نامگذاری ترکیبات یونی دو تایی ابتدا نام فلز را می آوریم و سپس نام نافلز را با پسوند ((ید)) می آوریم مثال ScF اسکاندیم فلوئورید.

در ترکیبات یونی چند تایی باید فرمول و ظرفیت یونهای چند تایی را حفظ کرد برای نامگذاری این ترکیبات نیز اول نلم فلز و سپس نام یون چند تایی را می آوریم.

برای یونهای هیدروهالو اکسیژن دار که دارای 4 نوع برای هر هالوژن هستیم که تفاوت آنها در تعداد اکسیژن آنهاست. در این ترکیبات یونی که 4 اکسیژن دارد با پیشوند ((پر)) و یونی که یک اکسیژن دار پیشوند((هیپو )) قبل از نام یون آورده می شود مثال :

NaClO4 سدیم پر کلرات – NaClO3 سدیم کلرات – NaClO2  سدیم کلرو – NaClO سدیم هیپو کلرو.

وجود آب در شبکه بعضی از نمکها نمکهای متبلور را ایجاد می کند. برای بدست آوردن تعداد مولکولهای آب در یک نمک ابتدا تعداد مولهای نمک خشک را بدست می آوریم سپس تعداد مول آب خارج شده را حساب می کنیم و از تناسب تعداد مولکول را بدست می آوریم.

و نمونه ای دیگر از خلاصه نویسی این فصل:

بخش ۳ : ترکيبهاي يوني

در بخش قبل ملاحظه کرديد که اتم هاي گازهاي نجيب داراي آرايش پايدار هستند زيرا تمام اوربيتال هاي لايه ظرفيت آنها پرشده است ( ns²  -  np⁶). اتم هاي ديگر هم تمايل دارند که خود را به آرايش الکتروني گاز نجيب قبل يا بعد از خودشان برسانند. وقتي اتمي به آرايش هشتايي پايدار مي رسد، از واکنش پذيري آن کاسته مي شود و ديگر تمايلي به تشکيل پيوندهاي ديگر از خود نشان نمي دهد.

مشاهده ها نشان مي دهد که فلزها با از دست دادن الکترون هاي ظرفيت خود به آرایش هشتايي مي رسند و تبديل به کاتيون (يون مثبت) مي شوند. در حالي که نافلزها  با گرفتن  الکترون به اين آرايش پايدار مي رسند و تبديل به آنيون (يون منفي) مي شوند.

يون هاي تک اتمي

به هر يوني که از يک اتم آن هم بر اثر گرفتن يا از دست دادن يک يا چند الکترون تشکيل مي شود يون تک اتمي مي گويند.

فلزهاي گروه اول با از دست دادن يک الکترون تبديل به کاتيون با بار ۱+ مي شوند مثل⁺Na

فلزهاي گروه دوم ، با از دست دادن دو الکترون تبديل به کاتيون ۲+ مي شوند مثل  ^۲+ Mg

نافلزهاي گروه ۱۶با گرفتن دو الکترون به آنيوني با بار ۲- تبديل مي شوند مثل ^۲- O               

نافلزهاي گروه ۱۷با گرفتن دو الکترون به آنيوني با بار ۱- تبديل ميشوند مثل^- Cl

بعضي فلزهاي واسطه بدون داشتن آرايش الکتروني گاز نجيب به پايداري مي رسند. برخي از اين عنصرها مي توانند يون هايي با بار متفاوت داشته باشند مثل :

^+۲   Fe و   ^۳+ Fe  يا  ^۳+ Mn   و^۳+ Mn

اين يون ها را به ترتيب یون آهن (II) و يون آهن (III) يا يون منگنز (II) و يون منگنز (III) مي نامند.

ترکيب هاي يوني

يک مثال متداول براي اين ترکيب ها نمک خوراکي (سديم کلريد) است. نمک ها از ذره هاي بارداري تشکيل شده اند که در نتيجه ي دادو ستد الکترون بوجود آمده اند. به نيروي جاذبه اي که بين اين ذره هاي باردار، بار ناهمنام وجود دارد پيوند يوني مي گويند. در تمام نمک ها اين نوع پيوند وجود دارد. اين نيروي جاذبه محدود به يک کاتيون و يک آنيون نيست بلکه در تمام جهتها و ميان همه ي يون هاي ناهمنام مجاور و در فواصل مختلف وجود دارد . تعداد بسيار زيادي از يون هاي ناهمنام به سمت يکديگر کشيده مي شوند و آرايش منظمي را بوجود مي آورند.

آرايش يون ها در نمک ها به صورت يک الگوي تکراري است و اين الگو در سراسر بلور تکرار مي شود. به ساختاري که بر اثر چيده شدن ذره هاي سازنده ي يک جسم در سه بعد بوجود مي آيد، شبکه بلور آن جسم مي گويند.

هر ترکيب شيميايي که يون هاي با بار مخالف ذره هاي سازنده آن باشند يک ترکيب يوني يا نمک است.

ترکيب هاي يوني در حالتي که يون ها بتوانند آزادانه حرکت کنند رساناي خوبي براي جريان برق هستند (نمک محلول در آب)

مقدار انرژي آزاد شده به هنگام تشکيل يک مول جامد يوني از يون هاي گازي سازنده آن را انرژي شبکه مي گويند. اين انرژي مي تواند معيار خوبي براي اندازه گيري قدرت پيوند در ترکيبهاي يوني باشد. به عنوان مثال انرژي شبکه سديم کلريد Kj.mol ^-۱  ۷۸۷/۵ است .

ترکيب هاي يوني نقطه ذوب و نقطه جوش بالايي دارند چون نيروي جاذبه بين يون هاي آن خيلي قوي است.

بلور نمک ها به نسبت سخت و شکننده است. يون ها در شبکه ي بلور به صورت منظم قرار گرفته اند. ترکيب يوني سخت است ، زيرا براي شکستن همه ي پيوندهاي ميان يونها انرژي بسيار زيادي لازم است. در هر حال چنانچه بر اثر ضربه ي چکش يکي از لايه ها اندکي جابجا شود، آنگاه بارهاي ناهمنام کنار هم قرار مي گيرند و به دليل اثر دافعه ميان يونهاي هم نام شبکه بلور به هم مي ريزد و مي شکند.

                                               

به ترکيبهاي يوني متشکل از دو عنصر ترکيبهاي دو تايي مي گويند مثل نمک خوراکي که از دو عنصر سديم و کلر تشکيل شده است. برا ي نمايش ترکيبهاي يوني دو تايي ابتدا نماد شيميايي کاتيون و سپس نماد شيميايي آنيون را مي نويسيم. براي نام گذاري هم نخست نام کاتيون و سپس نام آنيون را مي نويسيم. به عنوان مثال :

فرمول نويسي يک ترکيب يوني دو تايي را مي توان در سه مرحله ملاحظه کرد . براي نمونه به نوشتن فرمول شيميايي آلومينيوم اکسيد توجه کنيد:

۱) در اين اکسيد نماد کاتيون ⁺Al^۳ و نماد آنيون  ^۲-  o  است .

۲) نخست نماد کاتيون و سپس نماد آنيون را مي نويسيم  ^۲-Al^+۳  o    

۳) کوچکترين مضرب مشترک بارهاي اين دو يون برابر  ۶(= ۳×۲)است . براي داشتن ۶ بار مثبت بايد ۲ يون^+۳Al و براي ۶ بار منفي بايد ۳ يون ^۲-  o   داشته باشيم. از اين رو نسبت o ^-۲      Al^+۳ برابر ۲ به ۳ و فرمول شيميايي اين ترکيب به صورت Al_۲ o_۳ است.

 يون هاي چند اتمي

ترکيبهاي يوني مثل سديم سولفات پتاسيم و آمونيوم نيترات وجود دارند که يونهاي سازنده ي آنها از دو يا چند اتم يکسان يا متفاوت تشکيل شده است. به اين يونها چند اتمي مي گويند. براي مثال در آمونيوم نتيرات ، کاتيون  ^+۴  NH    و آنيون ^۳- NO است. بار کاتيون  ۱+ و بار آنيون ۱- است . بنابر اين فرمول شيميايي اين نمک به صورت_۳  NO _۴ NH است و نسبت کاتيون به آنيون ۱ به ۱ است.

فرمول يوني يک ترکيب يوني چندتايي را مي توان در دو مرحله خلاصه کرد . به نوشتن فرمول شيميايي آمونيوم کربنات توجه کنيد.

۱- نماد شيميايي يون آمونيوم ⁺_۴ NH و کربنات (Co^۲- _۳  ) است. ابتدا کاتيون و سپس آنيون را مي نويسيم :   _۳ NH_۴Co  است.

برخي نمک هاي آب تبلور دارند.يون هاي موجود در برخي از نمک ها مي توانند با ملکول هاي آب پيوند تشکيل دهند. اين ترکيبها را نمک هاي آبپوشيده مي گويند مانند مس (||) سولفات ۵ آبه، 5H2O ،  CUSO4  مشاهده مي کنيد که تعداد مولکوهاي آب تبلور را پس از نوشتن فرمول شيميايي مشخص مي کنند.