خواص اتمها و پیوند یونی

Transkript

1 خواص اتمها و پیوند یونی اتمها براي رسیدن به پایداري بیشتر هنگام نزدیک شدن به یکدیگر واکنش داده و پیوند شیمیایی تشکیل می شود که با تغییر آرایش الکترونی اتمها همراه خواهد بود. به طور کلی سه نوع پیوند اصلی وجود دارد که عبارتند از: پیوند یونی: هرگاه الکترونگاتیوي اتمهایی که در تشکیل پیوند شرکت دارند تفاوت زیادي با هم داشته باشند انتقال الکترون براي تشکیل یونهاي با بار مخالف صورت می گیرد. معمولا از ترکیب فلزي با انرژي یونش پایین ) گروههاي 2A,1A یا فلزات واسطه ( و غیر فلز با الکترونگاتیوي بالا (گرههاي (7A,6A پیوند هاي یونی تشکیل می شود. پیوند کولانسی : در این نوع پیوند الکترونها منتقل نمی شوند بلکه به اشتراك گذاشته می شوند. پیوند کولانسی ساده شامل یک جفت الکترون است که توسط دو اتم به اشتراك گذاشته می شود. پیوند فلزي: در فلزهاي جامد مثل مس آهن و آلومنیوم وجود دارد و هر اتم فلز به چندین اتم مجاور خود پیوند می شود الکترونهاي پیوندي نسبتا آزادند و در سر تاسر ساختار سه بعدي حرکت می کنند. -3 خواهد صحبت ها در فصل هاي بعد پیوند سایر. در مورد یونی است پیوند هاي بحث این فصل موضوع شیمیایی می پردازیم. پیوند در تشکیل اهمیت اتمی حاي ز شد. در ادامه این فصل ابتدا به بررسی چند خاصیت 1-7- اندازه اتمها. اما می توان اندازه یک اتم مفهومی نسبتا نامشخص است زیرا ابر الکترونی اطراف هسته مرز مشخصی ندارد شعاع اتمی تعریف و اندازه گیري کرد. براي این کار فرض بر این است که در مواد عنصري کمیتی به نام. لذا شعاع اتمی یک عنصر نصف اتمهایی که نزدیک ترین فاصله را نسبت به هم دارند در واقع مماس هستند فاصله میان دو هسته اتمهاي مجاور است. (شکل 1-7) = شعاع اتمی A شعاع هاي اتمی برخی عناصر بر اساس عدداتمی در شکل (2-7) میتوان در این داده ها مشاهده کرد. نشان داده شده است که چند روند جالب را ١

2 در یک گروه از جدول تناوبی از بالا به پایین شعاع اتمی افزایش پیدا می کند. زیرا با حرکت به سمت پایین در هر گروه بار موثر هسته نسبتا ثابت باقی می ماند در صورتیکه عدد کوانتومی اصلی زیاد می شود در نتیجه اندازه اوربیتال و شعاع اتمی افزایش می یابد. چرا اتمهایی که در یک گروه قرار گرفته اند داراي بار موثر هسته نسبتا یکسانی می نکته: ) ) ناشی از افزایش تعداد پروتون ها ( تعداد الکترونهاي حفاظت کننده باشند در یک گروه همراه با افزایش بار هسته الکترونهایی که بین الکترونهاي خارجی و هسته قرار دارند ( نیز از یک اتم به اتم بعدي افزایش یافته در نتیجه بار موثر هستهاي که یک الکترون خارجی احساس می کند کل بار هسته نیست. علت را. در یک تناوب از جدول تناوبی از چپ به راست شعاع اتمی کاهش می یابد به هسته میتوان اینگونه توضیح داد که در یک تناوب با عبور از یک اتم به اتم بعدي یک پروتون اضافه شده و بار موثر هسته افزایش می یابد در حالیکه عدد کوانتومی اصلی ثابت باقی می ماند. در نتیجه الکترونها بیشتر به سمت هسته کشیده شده و شعاع کاهش می یابد. ٢

3 شکل (3-7) شعاع اتمی عناصر گروه اصلی و فلزات واسطه ٣

4 نکته : تغییر شعاع اتمی در عناصر واسطه داخلی چگونه است با توجه به اینکه در عناصر واسطه الکترونهاي متمایز کننده اوربیتالهاي داخلی d را اشغال می کنند ابتدا در یک تناوب با افزایش الکترونها جریان کاهش شعاع اتمی متوقف شده و سپس در انتهاي سري و قتی که لایه فرعی d داخلی نزدیک به کامل شدن است شعاع اتمی زیاد می شود انرژي یونش انرژي یونش یک اتم یا یون کمترین انرژي لازم براي جدا کردن یک الکترون از حالت پایه اتم گازي یا یون است. در شکل (4-7) انرژي یونش در مقابل عدد اتمی رسم شده است. انرژي اولین یونش( I) 1 : انرژي لازم براي جدا کردن اولین اکترون از یک اتم خنثی است. مثل انرژي اولین یونش اتم سدیم که بصورت زیر است: Na(g) Na + (g)+e - ٤

5 انرژي دو مین یونش براي سدیم مربوط به فرایند زیر است : Na + (g) Na 2+ (g)+e - نکته : هر چه انرژي یونش بزرگتر باشد جداکردن الکترون دشوارتر خواهد بود. نکته : انرژي یونش همیشه کمیتی مثبت است زیرا براي جدا کردن الکترون باید انرژي جذب شود. روند هاي تناوبی در انرژي هاي یونش به طور کلی در هر تناوب با افزایش عدد اتمی انرژي یونش از چپ به راست افزایش می یابد. در هر ردیف فلزهاي قلیایی کمترین انرژي یونش و گازهاي نجیب بیشترین انرژي یونش را نشان می دهند. بعبارت دیگر با کوچکتر شدن اتمها بار موثر هسته افزایش یافته در نتیجه یونش زیاد می شود. به طور کلی در هر گروه : انرژي یونش با افزایش عدداتمی کاهش می یابد. در واقع با بزرگتر شدن اتمها خارج ساختن الکترون آسانتر شده و انرژي یونش کاهش می یابد. نکته : به طور کلی انرژي یونش فلزات پایین و انرژي یونش نا فلزات بالا می باشد. نکته : 1- گازهاي نجیب (Rn,Xe,Kr,Ar,Ne,He) که آرایش ns 2 np 6 به استثنايHeکه 1s 2 است ( در لایه خارجی دارند 2- عناصر Hg,Cd,Zn,Mg,Be که داراي یک لایه فرعی کهS پر در آخرین لایه اصلی هستند ) 2 ns )و 3- عناصر As,P,N که داراي یک لایه فرعی P نیمه پر در آخرین به لایه اصلی هستند ) 3 (ns 2 np چون داراي آرایش الکترونی نسبتا پایداري می باشند انرژي یونش بالاتر از عنصر بعد از خود در جدول تناوبی دارند. نکته : مقدار انرژي یونش یک عنصر با جدا شدن متوالی الکترونها افزایش می یابد یعنی, 3 I 1 I> 2 I> جدول (1-7) علت این روند ثابت باقی ماندن بار هسته و کاهش یکنواخت تعداد الکترونهاست که سبب بر هم کنش دافعه اي می شود. در نتیجه بار موثر هسته اي که الکترونها باقیمانده احساس می کنند افزایش می یابد الکترون خواهی تغییر انرژي مربوط به افزوده شدن یک الکترون به یک اتم گازي الکترون خواهی نامیده می شود. با توجه به اینکه در این فرایند اغلب انرژي آزاد می شود بیشتر مقادیر اولین الکترون خواهی داراي علامت منفی می باشد. A (g)+e - A - (g) ٥

6 e - +F(g) F - (g) H 1s tele caf =-328kJ با توجه به اینکه در یک اتم کوچک الکترون افزوده شده به هسته نزدیکتر است تمایل اتم براي پذیرش الکترون بیشتر از یک اتم بزرگ است. لذا در هر تناوب از چپ به راست با کاهش شعاع اتمی و افزایش بار موثر هسته الکترون خواهی عناصر بزرگتر می شود. نکته : عناصر داراي آرایش الکترونی نسبتا پایدار بریلیم ) با لایه فرعی 2sپر) نیتروژن (با لایه فرعی 2p نیمه پر ( و ني ون ) با لایه هاي فرعی پر ( خارج از محدوده سایر عناصر ند و الکترون هاي اضافی را به سهولت نمی پذیرند. نکته : در هر تناوب هالوژن ها (At,I,Br,Cl,F) بیشترین مقدار منفی الکترون خواهی را دارند زیرا با گرفتن یک الکترون به آرایش پایدار گاز نجیب بعد از خود می رسند. نکته : در هر گروه با حرکت به سمت پایین الکترون خواهی تغییر قابل توجهی نمی کند. نکته : با توجه به اینکه یک الکترون و یک یون منفی یکدیگر را دفع می کنند کلیه مقادیر دومین الکترون خواهی مثبت هستند. e - +o - (g) o 2- (g) H 2nd elec af =+845kg 4-7- پیوند یونی ابتدا به تعریف چند واژه مورد استفاده در این بخش می پردازیم : یون : ذره اي است شامل یک اتم یا گروهی از اتمها که حامل بار الکتریکی می باشد. یون داراي بار مثبت کاتیون و یون داراي بار منفی آنیون نامیده می شود. یون تک اتمی : از یک اتم واحد تشکیل شده می شود. اتم فلز تشکیل کاتیون و اتم نافلز تشکیل آنیون می دهد. یون چند اتمی : ذره اي است بار دار که بیش از یک اتم دارد. کاتیون چند اتمی مثل + O NH + H,4 3 NH - 2,SO - 4,OH - 3- و آنیون چند اتمی مثل,PO 4 ترکیبات یونی : شامل آرایش منظمی از تعداد زیادي کاتیون و آنیون به منظور تشکیل بلور می باشد هرگاه الکترونگاتیوي اتمهایی که در تشکیل پیوند شرکت دارند تفاوت زیادي با هم داشته باشند انتقال الکترون براي تشکیل یونهاي با بار مخالف صورت می گیرد و معمولا از ترکیب فلز و غیر فلز پیوند هاي یونی تشکیل می شود. بعنوان مثال می توان واکنش یک اتم سدیم و یک اتم کلر را در نظر گرفت : ٦

7 Na+Cl Na + +Cl - در بلور سدیم کلرید نمی توان هیچ یونی را متعلق به یون دیگر دانست بکله هر یون سدیم توسط شش یون کلرید و هر یون کلرید توسط شش یون سدیم احاطه شده است. شکل (5-7) نکته : در واکنش هاي یونی عناصر با از دست دادن یا گرفتن الکترون با گازهاي نجیب که در لایه آخر خود هشت الکترون دارند هم الکترون می شوند. نکته : فرمول ترکیبات یونی از روي فرمول یونهاي تشکیل دهنده آن تعیین می شود. مجموع بار مثبت کاتیونها باید مساوي مجموع بار منفی آنیونها باشد. مثل Al 2 O 3,CaCl 2 نکته مهم: داوطلبین محترم توجه فرمایید که با تهیه این جزوات دیگر نیاز به خرید هیچ گونه کتاب مرجع دیگري نخواهید داشت. براي اطلاع از نحوه دریافت جزوات کامل با شماره هاي زیر تماس حاصل فرمایید. 021 / (رشت) 013/ (لاهیجان) 013/ ٧