بخش ۳

ترکيبهاي يوني

در بخش قبل ملاحظه کرديد که اتمهاي گازهاي نجيب داراي آرايش پايدار هستند زيرا تمام اوربيتالهاي لايه ظرفيت آنها پرشده است ( ns2  -  np6) اتمهاي 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 الکترونهاي ظرفيت خود به آرامش 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.

يونهاي 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 ميشوند مثل Na+

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

نافلزهاي گروه ۶۱ با گرفتن دو الکترون به آنيوني با بار ۲- تبديل مي شوند مثل ^۲- O               

نافلزهاي گروه ۷۱ با 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 يونهايي با بار متفاوت داشته باشند مثل

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

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

ترکيبهاي يوني

يک مثال متداول براي اين ترکيبها نمک خوراکي (سديم کلريد) است. نمکها 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 نمکها اين نوع پيوند وجود دارد. اين نيروي جاذبه محدود به يک کاتيون و يک آنيون نيست بلکه در تمام جهتها و ميان همه ي يونهاي ناهمنام مجاور و در فواصل مختلف وجود دارد . تعداد بسيار زيادي از يونهاي ناهمنام به سمت يکديگر کشيده مي شوند و آرايش منظمي را بوجود مي آورند.

آرايش يونها در نمکها 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 يونهاي با بار مخالف ذره هاي سازنده آن باشند يک ترکيب يوني يا نمک است.

ترکيبهاي 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 يونهاي 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 .

ترکيبهاي يوني نقطه ذوب و نقطه جوش بالايي دارند چون نيروي جاذبه بين يونهاي آن خيلي قوي است.

بلور نمکها به نسبت سخت و شکننده است. يونها 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.

ترکيبهاي يوني دو تايي

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 ^+۳Al   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.

يونهاي 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 نمکهاي آب تبلور دارند

يونهاي موجود در برخي از نمکها مي توانند با ملکول هاي آب پيوند تشکيل دهند. اين ترکيبها را نمکهاي 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.

سوالات

1- يونهاي مثبت و يونهاي منفي ترکيبهاي زير را مشخص کنيد.

2- به نظر شما کدام دو عنصر مي توانند قوي ترين پيوند يوني را تشکيل دهند. چرا؟

فلوئور و سزيم چون بالاترين و پائين ترين الکترونگاتيوي را دارند و به دليل اين اختلاف الکترونگاتيوي زياد، پيوند يوني بسيار قوي تشکيل خواهند داد.

۳ – کدام ترکيبها داراي انرژي شبکه بيشتري هستند؟ چرا؟

چون هر يوني که اختلاف الکترونگاتيوي بيشتري داشته باشند پيوند يوني قوي تر شکل مي دهند و هر چه پيوند يوني تشکيل شده قويتر باشد، انرژي شبکه بيشتر خواهد بود.

۴ – نام شيميايي ترکيبهاي زير را بنويسيد.

۵ – فرمول شيميايي ترکيبهاي زير را بنويسيد.

۶ – منظور از قاعده اوکتت يا هشتايي  چيست؟

گازهاي نجيب در لايه ظرفيت يک آرايش هشتايي دارند ( ns² و np⁶) که به آنها يک حالت پايدار داده است.  تمام عنصرها ميل دارند که با گرفتن يا از دست دادن الکترون ، آرايش لايه ظرفيتشان را به آرايش گاز نجيب قبل يا بعد از خودشان برسانند ( قاعده هشتايي)

7- جدول زير را کامل کنيد.

8- عبارات زير را تعريف کنيد.

انرژي شبکه – پيوند يوني – نمک – يونهاي چند اتمي – کاتيون – آنيون

سوالات چهار گزينه اي

1- باتوجه به فرمول ترکيب يوني MX₂  کدام مورد زير درست است؟

الف ) عنصرهاي M  و X  در يک دوره جدول تناوبي قرار گرفته اند.

ب ) عدد اتمي عنصر  X از عنصر M  بزرگتر است.

ج) تعداد الکترونهاي عنصر X ۲ برابر عنصر M  است .

د) انرژي يونش عنصر X  از M  بيشتر است.

2- يونهاي مثبت و منفي در شبکه ي بلور يک نمک چه نوع حرکتي دارند؟

الف ) حرکت موجي شديد

ب) حرکت انتقالي ضعيف

ج) حرکت ارتعاشي در محلهاي ثابت

د) حرکتي ندارند

3- کداميک از خواص ترکيبهاي يوني نيست ؟

الف ) خردشدن بر اثر ضربه

ب) حل شدن در آب

ج) نقطه ي ذوب و جوش بالا

د) رسانا بودن در حالت جامد

4- کدام ماده جزو ترکيبهاي يوني است ؟

الف ) H₂SO₄

ب)  NH₄Cl

ج) SiBr₄

د)  Sio₂

5- پيوند بين ذره ها در کدام دو ماده ي زير يوني است ؟

الف ) Nacl و Cao

ب ) So₂ و K₂S

ج ) MgBr₂ و Co₂

د) ICl₃  و CuSo₄

6- پيوند کدام عنصر با برم به صورت يوني است ؟

الف ) Ca

ب ) P

ج) I

د)B