خوش آمدید

                                                             شيمي دوم

 

بخش اول

ساختار اتم

مطالعه روي عنصرها به حدود ۲۵۰۰ سال پيش برمي گردد. دالتون با استفاده از واژه هاي

يوناني اتم که به معناي تجزيه ناپذير است ، ذره هاي سازنده عنصرها را توضيح داد. وي نظريه

ي خود را در هفت بند بيان کرد. اگر چه امروز مي دانيم که اتمها خود از ذرات کوچکتري

تشکيل شده اند اما هنوز باور داريم که اتم کوچکترين ذره اي است که خواص شيميايي و فيزيکي

 يک عنصر به آن بستگي دارد.

 

الکترون نخستين ذره زير اتمي

اجراي آزمايشهاي بسياري با الکتريسته ، مقدمه اي براي شناخت ساختار دروني اتم بوده است.

کشف الکتريسته ساکن، وقوع واکنش شيميايي به هنگام عبور جريان برق از ميان محلول يک

 ترکيب شيميايي فلزدار (الکتريسته يا برقکانت) ، و آزمايشهاي بسيار روي لوله ي پرتو کاتدي

منجر به شناخت الکترون شد. لوله پرتو کاتدي لوله اي شيشه اي است که بيشتر هواي آن خارج

شده است.در دو انتهاي اين لوله دو الکترود فلزي نصب شده است . هنگامي که يک ولتاژ قوي

بين اين دو الکترود اعمال شود ، پرتوهايي از الکترود منفي (کاتد) به سمت الکترود مثبت (آند)

جريان مي يابد که به آن پرتوهاي کاتدي مي گوين. اين پرتوها بر اثر برخورد با يک ماده ي

فلوئور سنت نور سبز رنگي ايجاد مي کنند. تامسون موفق شد نسبت بار به جرم الکترون را به

کمک اين آزمايشها اندازه گيري کند.

پس از آن رابرت ميليکان توانست مقدار بار الکتريکي الکترون را اندازه بگيرد. به اين ترتيب

جرم الکترون نيز با کمک نسبت بدست آمده تامسون محاسبه شد. بار الکترون 1/602 * 10^-19

و جرم الکترون 9/109* 10^-28  است.

 

پرتو زايي

در حالي که تامسون روي پرتوهاي کاتدي آزمايش کرد، هم زمان بکرل فيزيک داني که روي

خاصيت فسفر سانس مواد شيميايي کار مي کرد با پديده ي جالبي روبرو شد. اين پديده پرتوزاي و مواد داراي اين خاصيت پرتوزا ناميده شد.              

 

بعد از آن رادرفورد به اين موضوع علاقه مند شد و پس از سالها تلاش فهميد، اين تابش خود

ترکيبي از سه نوع تابش مختلف آلفا ، بتا، و لاندا مي باشد.  

 

           

 

تامسون پس از کشف الکترون ساختاري براي اتم پيشنهاد کرد که در آن الکترون ها با بار منفي

در فضاي ابر گونه با بار مثبت پراکنده اند و جرم اتم را مربوط به جرم الکترون ها  مي دانست

 ، حال آنکه فضاي ابرگونه مثبت را بدو ن جرم مي دانست.

 

 

رادرفورد نتوانست تشکيل تابشهاي حاصل از مواد پرتوزا را به کمک مدل اتمي تامسون توجيه

کند. و پس از آزمايشهاي بسيار ، نادرست بودن مدل تامسون را اثبات کرد. او در آزمايش خود

ورقه نازکي از طلا را با ذرههاي آلفا بمباران کرد، به اميد آنکه همه ي ذره هاي پرانرژي و

سنگين آلفا که داراي بار مثبت نيز هستند با کمترين انحراف از اين ورقه نازک طلا عبور کنند.

اما مشاهده کرد که تعداد کمي از ذرات منصرف شده خارج مي شوند و تعداد بسيار کمي از آن

به طور کامل منحرف شده و به عقب برمي گردند. 

        

 

 

پس نتيجه گرفت که حتماً يک هسته کوچک در مرکز اتم وجود دارد که محل تمرکز بارهاي

مثبت است و تقريباً تمام جرم اتم نيز در درون اين هسته است که توانايي به عقب راندن ذره هاي

سنگين و پرانرژي آلفا را دارد.

 

رادرفورد با استفاده از نتايج اين آزمايش مدل «اتم هسته دار» را پيشنهاد کرد.

 

ديگر ذره هاي سازنده اتم

پروتون ذره اي با بار نسبي +۱ و جرمي ۱۸۳۷ با رسنگين تر از جرم الکترون ، دومين ذره ي

سازنده اتم است.

نوترون ذره اي است که بار الکتريکي ندارد و جرم آن برابر جرم پروتون است ، سومين ذره ي

 سازنده اتم است.

عدد اتمي ، عددي است که تعداد پرتون ها را در اتم مشخص مي کند و با Z  نشان داده مي شود.

 

از آنجا که اتم ذره اي خنثي است، بنابر اين تعداد الکترونها و پروتونهاي آن بايد برابر باشد، پس

عدد اتمي تعداد الکترونها در يک اتم را نيز مشخص مي کند.

 

عدد جرمي و ايزوتوپها

به مجموع تعداد پروتونها و نوترونهاي يک اتم عدد جرمي مي گويند. عدد جرمي با A نشان داده

 مي شود. A = Z+ N

اندازه گيري جرم اتمها با کمک دستگاه طيف سنج نشان مي دهد که همه اتمهاي يک عنصر جرم

 يکساني ندارند. از آنجا که عدد اتمي در واقع تعداد پروتونها در همه اتمهاي يک عنصر يکسان

 است، پس تفاوت جرم بايد مربوط به تعداد نوترونهاي موجود در هسته ي اتم باشد. اين مطالعات

 به معرفي مفهوم ايزوتوپ انجاميد. ايزوتوپها اتمهاي يک عنصر هستند که عدد اتمي يکسان و

عدد جرمي متفاوت دارند. براي مثال آزمايشها وجود دو ايزوتوپ کلر – ۳۵ (CL^۳۵_۱۷) و کلر

– ۳۷ (CL^۳۷_۱۷) را به اثبات رسانده است.

 

 

جرم يک اتم

شيم دانها براي بيان جرم عنصرها بدين صورت عمل کردند که فراوان ترين ايزوتوپ کربن يعني

 کربن ۱۲ (¹²₆C) را بعنوان استاندارد انتخاب کردند و جرم عنصرهاي ديگر را با استفاده از

 نسبتهايي که در محاسبات آزمايشگاهي بدست آمده بود، بيان کردند.

به عنوان مثال جرم اتم اکسيژن ۱/۳۳ برابر جرم اتم کربن است. با توجه به اينکه جرم اتم کربن

۱۲ مي باشد جرم اتم اکسيژن را محاسبه کرد. در اين مقياس جرم اتم اکسيژن برابر ۱۶/۰۰۰

خواهد شد.

واحد جرم اتمي amu است که کوتاه شده ي عبارت atomic mass unitاست. در اين مقياس

 جرم پروتون و نوترون lamu است.

 

با توجه به وجود ايزوتوپها و تفاوت در فراواني آنها، براي گزارش جرم نمونه هاي طبيعي از

اتم عنصرهاي مختلف جرم اتمي ميانگين بکار مي رود.

 

 

طيف نشري خطي

رابرت بونزن شيميدان آلماني دستگاه طيف بين را طراحي کرد. هنگامي که او مقداري از يک

ترکيب مس دار مانند کات کبود را در شعله ي مشعل دستگاه قرار داد، مشاهده کرد که شعله از

آبي و سبز تغيير رنگ داد. او اين نور سبز رنگ را از يک منشور عبور داد و الگويي مانند

شکل ۴ بدست آورد. او اين الگو را طيف نشري خطي ناميد. هر فلز طيف نشري خطي خاص

خود را داراست و مانند اثر انگشت مي توان از اين طيف براي شناسايي فلز مورد نظر بهره

گرفت.

                          

 

مدل اتمي بور

در سال ۱۹۱۳ نيلز بور دانشمند دانمارکي مدل تازه اي را براي اتم هيدروژن با فرضهاي زير ارائه کرد:

1– الکترو  در اتم هيدروژن در مسيري دايره اي شکل به دور هسته گردش مي کند.

2– انرژي الکترون با فاصله ي آن از هسته رابطه مستقيم دارد.

3– اين الکترون فقط مي تواند در فاصله هاي معين و ثابتي پيرامون هسته گردش کند. در واقع

الکترون تنها مجاز است که مقادير معيني انرژي را بپذيرد. به هريک از اين مسيرهاي دايره اي،

تراز انرژي مي گويند.

4– اين الکترون معمولاً در پائين ترين تراز انرژي ممکن قرار دارد. به اين تراز انرژي حالت

 پايه مي گويند.

5– با دادن مقدار معيني انرژي به اين الکترون مي توان آن را از حالت پايه (ترازي با انرژي

کمتر) به حالت برانگيخته (ترازي با انرژي بالاتر) انتقال داد

6– الکترون در حالت برانگيخته ناپايدار است ، از اين رو همان مقدار انرژي را که پيش از اين

 گرفته بود از دست مي دهد و به حالت پايه برمي گردد.

به اين گونه انرژي که بصورت يک بسته ي انرژي مبادله مي شود، انرژي کوانتومي يا پيمانه اي

 مي گويند. بور با کوانتيده در نظر گرفتن ترازهاي انرژي توانست طيف نشري خطي هيدروژن

را توجيه کند.

 

مدل کوانتومي اتم

اين مدل در سال ۱۹۲۶ توسط اروين شرودينگر مطرح شد. وي در اين مدل از حضور الکترون

در فضايي سه بعدي به نام اوربيتال سخن به ميان آورد. همانگونه که براي مشخص کردن

موقعيت يک جسم در فضا به سه عدد (طول ، عرض و ارتفاع) نياز است، براي مشخص کردن

 هر يک از اوربيتالهاي يک اتم نيز به چنين داده هايي نياز داريم. شرودينگر به اين منظور از

سه عدد M1 و  L و n استفاده کرد که عددهاي کوانتومي خوانده مي شوند.

عدد کوانتومي اصلي (n) : عددي است که بور براي مشخص کردن ترازهاي انرژي يا همان

لايه هاي الکتروني بکار برد. ۱= n پايدارترين لايه انرزي را نشان مي دهد. هر چه n بالاتر

رود سطح انرژي لايه هاي الکتروني افزايش مي يابد و فاصله ي آن لايه از هسته دورتر مي

شود. لايه  هاي الکتروني خود از گروههاي کوچک تر به نام زير لايه تشکيل شده اند.عدد n

تعداد زير لايه هاي هر لايه را هم مشخص مي کند. مثلاً در لايه الکتروني ۲= n دو زير لايه

وجود دارد.

عدد کوانتومي اوربيتالي (L) نشان دهنده ي شکل ، انرژي و تعداد اوربيتال ها است.

L مي تواند مقادير ۰ تا  1 - n  را در بر بگيرد.

1 اوربيتال کردي                   L=0       ®     S

اوربيتال دمبلي                    L=1       ®     3P

5 اوربيتال                         L=2       ®     D

7 اوربيتال                        L=3       ®       F

 

عدد کوانتومي مغناطيسي (_۱m) :

جهت گيري اوربيتالها را در فضا معين مي کند. _۱m مي تواند مقاديري از L – تا L + دارا

باشد. با در نظر گرفتن محورهاي X ، y ، z قرار مي گيرد و به صورت pX ؛ pY ؛  pZ

نشان داده مي شود. براي آدرس دادن اوربيتال ها به شيوه ي زير عمل مي شود:

براي مثال2p_x نشان مي دهد که اين اوربيتال دمبلي شکل در لايه هاي الکتروني دوم و در زير

لايه ي p  قرار دارد و در راستاي محور Xها جهت گيري کرده است.

عدد کوانتومي مغناطيسي اسپين (MS) : مربوط به جهت حرکت الکترون به دور خودش است.

دانشمندان افزون بر حرکت اوربيتالي ، يک حرکت اسپيني نيز به الکترون نسبت داده اند

(حرکت الکترون به دور خود  MS تنها دو مقدار (½+ براي چرخش در جهت عقربه هاي

ساعت و ½- براي چرخش در خلاف جهت حرکت عقربه هاي ساعت) دارد.

طبق اصل پائولي در هر اوربيتال حداکثر دو الکترون آن هم با اسپين مخالف قرار مي گيرند.

اگر براي رسم آرايش الکتروني اتم عنصرهاي ديگر از اتم هيدروژن شروع کنيم و سپس يک به

يک بر تعداد پروتونهاي درون هسته بيفزائيم، بدين گونه اتم عنصرهاي سنگين تر از هيدروژن را

 به ترتيب افزايش عدد اتمي ساخته ايم. به اين شيوه، اصل آفبا مي گويند.

 

سوالات تشريحي 

 

1- اجزاي اتم    ₈₀ ¹²² Hg  را مشخص کنيد.

۸۰=تعداد پروتونها =  تعداد الکترون ها

۴۲=  80 - 122 =  N = A - Z = تعداد نوترونها

 

2- برم داراي دو ايزوتوپ مقابل است ،

 

    50/54%=فراواني} ⁷⁹₂₅BR

 

9183 /78=جرم اتمي}

 

     49/96%=فراواني} ⁸¹₂₅BR

 

9163 /80=جرم اتمي}

 

جرم اتمي متوسط برم چقدر است؟

جرم اتمي متوسط برم (Br) = ( 50/54 / 100 * 78 /9183 ) + ( 49/96 / 100 *

80/9163 ) = 79/93amu

۳-آ) پدیده های فسفرسانس و فلوئور سانس را با یکدیگر مقایسه کنید.

ب) برای هریک از مواد فلوئور سنت و فسفرسنت یک کاربرد بنویسید.

۴- در ارتباط با لوله پرتو های کاتدی به پرسش های زیر پاسخ دهید.

آ) لوله ی پرتو های کاتدی چیست؟

ب) چرا به پرتو های ایجاد شده در لوله پرتو های کاتدی می گویند؟

پ) طول موج پرتو های کاتدی در ناحیه ی مریی نیست پس چگونه پی به وجودآنها برده شد؟

۴- تفاوت عدد جرمي و جرم اتمي يک عنصر چيست؟

جرم اتمي يک عنصر ميانگين جرم ايزوتوپهاي آن عنصر است. در حالي که عدد جرمي مجموع

 تعداد پروتونها و نوترونهاي آن است.

 

۵- آرايش الکتروني اتمهاي زير را به صورت زير لايه اي رسم کنيد

²³₁₁na ----> 1s² _ 2s² ; 2p⁶ _ 3s¹

⁵⁹₂₇na ----> 1s² _ 2s² ; 2p⁶ _3s² ; 3p⁶ _ 3s² ; 3p⁶ _4s² ; 3d⁷

³⁵₁₇cl ----> 1s² _ 2s² ; 2p⁶ _ 3s² ; 3p⁵

۶- نقره داراي دو ايزوتوپ است. يکي ¹⁰⁷₄₇Ag با درصد فراواني  ۵۱/۸۴ و جرم  amu

۱۰۶/۹۰۵ و ديگري ¹⁰⁹₄₇Ag با جرم   amu ۱۰۸/۹۰۴۷  است. جرم اتمي متوسط نقره را

محاسبه کنيد.

 51/48 -  100 = 16/ 48   ¹⁰⁹₄₇Ag  درصد فراواني

 جرم اتمي متوسط Ag= ( 51/84 / 100 * 106/9050 ) + ( 48/16 / 100 *

 

108/9047 ) = 107/87 amu

 

۷- در هر يک از موارد زير ، لايه هايي را که الکترونهايي با مشخصات داده شده در آن قرار

 مي گيرند مشخص کنيد.

الف) n=۲      و       L=  ۰    --->    ۲S
ب)   n=۳      و       L=  ۱    --->    ۳S 

ج)    n=۵     و       L=  ۳    --->    ۵ F

د)    n=۷      و       L=  ۰    --->    ۷S

8- کربن داراي دو ايزتوپ است.يکي ¹²₆C با جرم اتمي amu ۱۲  و ديگري با جرم اتمي

۱۳/۰۰۳ amu ، جرم اتمي متوسط کربن   amu ۱۲/۰۱۱ است. درصد فراواني ¹²₆Cرا

 محاسبه کنيد.

 

(جرم ¹³₆C)(فراواني ¹³₆C)+(جرم ¹²₆C) (فراواني ¹²₆C)= جرم اتمي متوسط کربن

اگر فراواني ¹²₆C را X در نظر بگيريم ، (X1- X) فراواني ¹³₆C خواهد بود . در نتيجه :

( ۱۳/۰۰۳ )(X1-X ) +( ۱۲ )( X ) = ۱۲/۰۱۱

 

۱۳/۰۰۳ – ۱۳/۰۰۳X + X۱۲ = ۱۲/۰۱۱

 

  ۱/۰۰۳ X = ۰/۹۹۲ ---> X = ۰/۹۸۹

 

Xدرصد = درصد C¹²₆ = 0/ ۹۸۹ ×۱۰۰ = %۹۸/۹

 

 

9- نماد اتمي را که شامل ۸۰ پروتون و ۱۲۲ نوترون باشد، نمايش دهيد (اتم را با حرف X

نمايش دهيد)

 

⁸⁰⁺¹²²₈₀X ----> ²⁰²₈₀X

 

10- با افزايش عدد کوانتومي (n) چه تغعييري در انرژي الکترون ايجاد ميَ شود؟ چرا ؟

مقدار انرژي الکترون بالاتر مي رود ، چون n مربوطه به تراز يا لايه است. و هرچه تراز

بالاتر باشد، انرژي الکترون هم بيشتر مي شود.

 

سوالات چهار گزينه اي

1- تفاوت دو ايزوتوپ از يک عنصر در کدام خاصيت آنهاست؟

الف) تعداد الکترون ها

ب) تعداد پروتونها

ج) عدد اتمي

د) جرم اتمي

 

2- اعداد کوانتومي n   ، L   و m1 رت براي پرانرژي ترين الکترون عنصر k   مشخص کنيد.

الف) ۴و ۰ و ۰

ب) ۱ و ۰ و ۳

ج)    ۴ و ۰ و 1-

د) ۳ و ۰ و ۰

 

3- اين اصل که مي گويد «هيچ اوربيتالي در يک اتم نمي تواند بيش از دو الکترون در خود جاي

دهد» مربوط به کدام دانشمند است.

الف) هوند

ب) تامسون

ج) پائولي

د) رادرفور

 

4- ترتيب پر شدن ترازهايp  ۳، d۳،P ۴،S ۴،S ۳  به چه صورت است.

الف) a  3s --> 3p --> 4s --> 3d --> 4s --> 4p

ب)  a  3s --> 3p --> 4s --> 3d --> 4p                       

ج)   a  3d --> 3s --> 3p --> 4s --> 4p

د)   a  3s --> 3d --> 3p --> 4s --> 4p

 

5- در آرايش الکتروني کداميک از عنصرهاي واسطه ي زير تعداد الکترونهاي d ۳ ، p ۳

برابرند؟

الف) mn25

ب)Fe26

ج)co27

د) cu29    

 

6- دو اتم ايزوتوپ در کدام مورد با هم تفاوتي ندارند؟

الف) تعداد الکترونها   

ب) تعداد نوترونها     

ج) عدد جرمي         

د) خواص فيزيکي    

 

7- در يون ⁵²₁₄X⁶ ، تفاوت تعداد الکترونها و نوترونها چند است ؟

الف) ۸  

ب) ۹    

ج) ۱۰ 

د)۱۱   

 

8- تعداد الکترونها، پروتونها ونوترونهاي يون ⁴⁸₂₂ti²  به ترتيب چند است ؟

( از چپ به راست)

الف) ۲۲-۲۲-۲۶ 

ب) ۲۴-۲۲-۲۰   

ج) ۲۴-۲۰-۲۲    

د)۲۶-۲۲-۲۰

 

9- واحد جرم اتمي (amu) کدام مورد زير است ؟

الف)1/12 جرم ¹³C تعريف شده است.

ب) 1/16 جرم ¹²Cتعريف شده است.

ج)  1/12 جرم ¹⁶O تعريف شده است.

د) جرم ۱ اتم ¹₁H تعريف شده است

 

10- کوانتوم مقدار انرژي لازم براي جهش الکترون در کدام مورد زير است ؟

الف)از 2s  به  2p    

ب)  از  3p  به  3d

ج) از  3p   به  4s  

د) از 3s   به  ۳P

 

بخش ۲

خواص تناوبي عنصرها

                                                                        

 

مندليف پس از سالها مطالعه متوجه شده که اگر عنصرها را بر حسب افزايش تدريجي جرم آنها

در رديفهاي کنار يکديگر بگذارد و آنهايي را که خواص فيزيکي و شيميايي نسبتاً مشابه دارند در

يک گروه زير يکديگر قرار دهد، عنصرها به ترتيبي سازماندهي مي شوند که خواص آنها با نظم

 و ترتيب خاص تغيير مي کند. اما در جدول مندليف در چند مورد نيز بي نظمي هايي مشاهده مي

 شد، زيرا او مجبور بود در مواردي در يک ستون قرار دادن عنصرهايي با خواص مشابه .

 ترتيب قرار گرفتن عنصرها بر اساس افزايش جرم ناديده بگيرد.

 

جدول تناوبي امروزي عنصرها

هنري موزلي عنصرها را براساس افزايش عدد اتمي مرتب کرد، به اين جدول ، جدول تناوبي

عنصرها مي گويند. اين جدول براساس قانون تناوبي عنصرها استوار است. بر طبق اين قانون

هر گاه عنصرها را بر حسب افزايش عدد اتمي در کنار يکديگر قرار دهيم خواص شيميايي و

فيزيکي آنها بصورت تناوبي تکرار مي شود. مهمترين نکته در جدول تناوبي تشابه آرايش

الکتروني عنصرهاي يک خانواده در بسياري از گروههاي اين جدول است .

 

ويژگي هاي گروهي عنصرها

عنصرها به چهار دسته تقسيم مي شوند.

فلزها: مانند عنصرهاي قليايي ، قليايي خاکي ، واسطه و ... با خواص  رسانايي برق و

الکتريسته و چکش خواري و شکل پذيري و دارا بودن سطح براق

نافلزها :

 بر خلاف فلزات رسانا نيستند و چکش خوار نيستند و شکننده اند مثل گوگرد.

برخي نافلزها مثل اکسيژن و نيتروژن در فشار atm ۱ و دماي اتاق به صورت گاز هستند.

شبه فلزها:

 اگر يک عنصر را نتوان جزو فلزها يا نافلزها طبقه بندي کرد ، آن را جزو شبه فلزها قرار 

  مي دهيم مثل سيليسيم.

 

گروهاي عناصر

گروه اول – فلزهاي قليايي

اين عنصرها همگي فلزهايي نرم و واکنش پذير هستند. سطح آنها براق است و در مجاورت هوا

به سرعت، با اکسيژن هوا ترکيب مي شوند. اين فلزها داراي خواص شيميايي و فيزيکي مشابه

هستند. آرايش الکتروني آنها، بعد از گاز نجيب ماقبلشان به صورت ^۱ ns است و بشدت تمايل   

دارند که تنها الکترون لايه آخرشان را از دست بدهند تا به آرايش گاز نجيب ماقبلشان برسند

 

گروه دوم – فلزهاي قليايي خاکي

اين عنصرها نسبت به گروه فلزهاي قليايي سفت تر و چگالتر هستند و نقطه ذوب بالاتري دارند.

واکنش پذيري شيميايي آنها نسبت به فلزهاي قليايي کمتر است. آرايش الکتروني آنها بعد از گاز

 نجيب ماقبلشان به صورت^۲ ns است و تمايل دارند که دو الکترون لايه آخرشان را از دست

بدهند تا به آرايش گاز نجيب ماقبلشان برسند.

 

گروههاي سوم تا دوازدهم – عنصرهاي واسطه

اين عنصرها همگي فلز هستند. بجز جيوه ، اين فلزها از فلزهاي قليايي و قليايي خاکي سخت تر

 ،چگال تر و دير ذوب تر هستند. اوربيتالهاي زير لايه ي d  آنها در حال پرشدن است.

دو دسته ديگر از عنصرها که عنصرهاي واسطه داخلي ناميده مي شوند لانتانيدها و آکتينيدها

هستند.

لانتانيدها فلزهايي براق با واکنش پذيري بالا هستند. اکتينيدها هسته ي ناپايدار دارند و به اين علت

از جمله عنصرهاي پرتوزا بشمار مي روند. مشهورترين اکتنيدها اورانيم است.

 

گروههاي سيزدهم تا هجدهم

اين عنصرها برخي فلزها، نافلزها، شبه فلزها و گازهاي نجيب را شامل مي شود. اوربيتال P در

 حال پرشدن است. از ميان آنها گروه هفدهم و هجدهم نامهاي اختصاصي هالوژنها و گازهاي

نجيب را دارند.

هالوژن ها واکنش پذيرترين نافلزها هستند. آرايش الکتروني آنها به صورت ^۵ np  است و به

شدت تمايل دارند که يک الکترون گرفته و به آرايش گاز نجيب بعد از خودشان برسند. هالوژن

در زبان لاتين به معناي نمک ساز است.

 

 

گازهاي نجيب يا گازهاي بي اثر معمولاً در واکنشهاي شيميايي شرکت نمي کنند. همه

اوربيتالهاي  S و P  آنها در لايه ظرفيت پرهستند.

 

به اين ترتيب مشاهده مي شود که در هر تناوب از چپ به راست خواص فلزي کاهش يافته و

خواص نافلزي افزايش مي يابد. در انتهاي هر تناوب نيز يک گاز نجيب وجود دارد.

 

روند تغيير شعاع اتمي در جدول تناوبي عنصرها

با حرکت از بالا به پائين در يک گروه جدول به ازاي هر تناوب يک لايه الکتروني جديد به تعداد لايه هاي الکتروني عنصرها افزوده مي شود. بنابر اين شعاع اتمي در يک گروه از بالا به پائين افزايش مي يابد.

در هر تناوب از چپ به راست شعاع اتمي کاهش پيدا مي کند چون نيروي جاذبه ي هسته ( بار

 موثر هسته) بر الکترونهاي لايه آخر افزايش مي يابد. در حاليکه به دليل ثابت بودن تعداد لايه

هاي الکتروني اثر پوششي الکترون هاي دروني تقريباً ثابت است.

 

 

روند تناوبي تغيير انرژي يونش عنصرها

در يک گروه از بالا به پائين با افزايش اندازه اتم انرژي يونش کم مي شود. در هر تناوب از چپ

 به راست انرژي يونش افزايش مي يابد زيرا در اين جهت بار موثر هسته رو به افزايش است.

 

             رابطه انرژی یونش وشعاع

 

روند تناوبي تغيير الکترو نگاتيوي عنصرها

الکترونگاتيوي يک اتم ميزان تمايل نسبي آن اتم براي کشيدن الکترونهاي يک پيوند کووالانسي به

سمت هسته ي خود است. مقادير الکترو نگاتيوي در يک گروه از بالا به پائين کاهش و در يک

دوره از چپ به راست افزايش مي يابد. بنابر اين فلوئور بيشترين الکترونگاتيوي و سزيم کمترين

الکترونگاتيوي را داراست. (در اين بررسي گازهاي نجيب را در نظر نمي گيريم زيرا اين

عنصرها به تعداد کافي ترکيبهاي شيميايي تشکيل نمي دهند)

 

 

سؤالات

1- در هر يک از موارد زير کدام ذره شعاع بيشتري دارد؟

Cl- , Cl  ---> س Cl-

Na , Na+   --->ل Na

 F-   و   Cl -    ---> ق Cl-

ca2+ و  Ga3+  --->ن ca2+

  2- به ترتيب افزايش شعاع مرتب کنيد.

(Na  Mg   P)                (Br-  Ca2+  K+)

(Na>Mg>P)                    Br - >K+>Ca  

 

3- چرا در دوره دوم جدول تناوبي مندليف فقط ۸ عنصر وجود دارد؟

زيرا در اين عنصرها جمعاً ۸ الکترون وارد زير لايه ها مي شود،2 الکترون در 2s و ۶ الکترون در2p

 

4- عنصرهاي مقابل را بر حسب کاهش انرژي يونش _۱ E مرتب کنيد.

Ne>F>O>C>Be                          Ne ،F ،Be، C، O

 

5- محل دقيق هر يک از اتمهايي را که آرايش الکتروني آنها در زير آمده است مشخص کنيد.

  6- نماد عنصري با ۹ پروتون ، 10 الکترون و 10 نوترون چيست؟

1s² /2s² , 2p⁵ ---> ¹⁹₉F

 

7- از بين K   ،Na ,،Mg  کداميک زودتر الکترون از دست مي دهند؟ چرا؟

K زودتر الکترون از دست مي دهد زيرا الکترو نگاتيو کمتري دارد

 

8- قانون تناوبي را تعريف کنيد.

 

سوالات چهار گزينه اي

1- چه گروهي از عناصر در جدول تناوبي داراي آرايش الکتروني d5 (n-1) و^۲ ns است؟

الف ) گروه هفتم  

ب ) گروه پنجم   

ج ) گروه هفدهم

د ) گروه دوم  

 

2- عنصرهاي کدام گروههاي جدول تناوبي مي توانند^۲- X و يون ^۲+ M تشکيل دهند؟

الف ) هجدهم و شانزدهم

ب ) شانزدهم و دوم     

ج ) دوم و هجدهم         

د ) دوم و شانزدهم  

 

3- جدول تناوبي امروزي بر چه اساسي درست شده است؟

الف ) عدد اتمي  

ب ) جرم اتمي   

ج ) الکترونگاتيوي

د ) شعاع اتمي  

 

4- در جدول تناوبي در هر گروه از بالا به پائين شعاع اتمي .... و الکترونگاتيوي .... مي يابد.

الف ) کاهش – کاهش 

ب ) افزايش – افزايش   

ج ) افزايش – کاهش   

د ) کاهش – افزايش      

 

5- در گروه هالوژنها از بالا به پائين ، کدام خاصيت کاسته مي شود؟

الف ) الکترونگاتيوي      

ب ) شعاع آنيوني                

ج ) نقطه ذوب          

د ) شعاع اتمي        

 

6- تعداد عنصرهاي موجود در کدام دوره ، درست بيان نشده است؟

الف) دوره اول  - 2 عنصر 

ب ) دوره دوم – 8 عنصر

ج ) دوره سوم –   18 عنصر

د ) دوره چهارم – 18 عنصر

 

7- عنصري با جذب ۴ الکترون به آرايش گاز بي اثر بعد از خود مي رسد، اين عنصر مربوط به کدام گروه جدول تناوبي است ؟

الف ) ۱۳   

ب )    ۱۴ 

ج )    15

د )    16

 

8- کدام فلز زير در نفت نگهداري مي شود؟

الف ) مس  

ب ) منيزيم 

ج ) آهن    

د ) سديم 

 

9- تفاوت خواص بين عنصرهاي جدول تناوبي در يک گروه بيشتر است يا دوره ؟ چرا؟

الف ) گروه ، زيرا آرايش الکترون اتمها متفاوت است.   

ب ) گروه ، زيرا تعداد پروتون ها متفاوت است.         

ج ) دوره، زيرا تعداد پروتونها متفاوت است.             

د ) دوره ، زيرا تعداد الکترونهاي لايه ظرفيت متفاوت است.

 

10- در يک دوره از چپ به راست الکترونگاتيوي افزايش مي يابد، علت چيست؟

الف ) زياد شدن الکترونهاي لايه ظرفيت و اثر پوششي الکترونها  

ب ) زياد شدن ترازهاي فرعي اشغال شده و تعداد الکترونها    

ج ) ثابت ماندن تعداد ترازهاي اصلي اشغال شده و افزايش بار موثر هسته 

د ) ثابت ماندن تعداد ترازهاي فرعي اشغال شده و افزاش شعاع اتمي   

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

7- کدام فلز زير مي تواند بيش از يک يون تشکيل دهد؟

الف ) سديم

ب) کلسيم

ج) آهن

د) منيزيم

8- کدام يک از جفت اتمهاي مطرح شده ، تشکيل پيوند يوني مي دهند؟

الف )     pوS

ب )  k و H

ج)   S و Sr

د) I  و Br

9- کاتيون کداميک از اتمهاي زير با  ^۲- S پيوند يوني قوي تري تشکيل مي دهد؟

الف ) Na

ب) Rb

ج) Cs

د)K

10- نماد کاتيون منيزيم به چه صورت نمايش داده مي شود؟

الف ) ⁺Mg

ب) ۲Mg ⁺

ج) Mg^+۲

د)Hg⁺⁺

بخش ۴

ترکيب کووالانسي

                                                       

گاه اتمها براي رسيدن به آرايش گاز نجيب (آرايش هشتايي) به جاي از دست دادن يا گرفتن

الکترون آنها را ميان خود به اشتراک مي گذارند. در اين حالت ميان دو اتم پيوندي به وجود مي

 آيد که به آن  پيوند کووالانسي مي گويند. به عنوان مثال ترکيبي مانند يد ( _۲I) از به اشتراک

گذاشته شدن زوج الکترون پيوندي ميان دو اتم  حاصل شده است. به چنين ترکيبهايي که از

مولکوهاي جدا از هم تشکيل شده اند، ترکيبهاي مولکولي مي گويند.

 

 پيوند کووالانسي نتيجه تاثير نيروهاي جاذبه اي و دافعه اي بر يکديگر است

                                  

به عنوان مثال مولکول  _۲H را در نظر بگيريد که دو اتم H تشکيل شده است. با نزديک شدن اتم

هاي هيدروژن به هم ميان الکترونهاي يک اتم و هسته اتم ديگر نيروي جاذبه و ميان الکترونهاي

 يک اتم و الکترونهاي اتم ديگر و همچنين ميان هسته هاي آنها نيروي دافعه بوجود مي آيد. اما

در هنگام تشکيل پيوند کووالانس اثر نيروي جاذبه بيشتر است و در نتيجه پيوند تشکيل مي شود.

پس از تشکيل پيوند نيروهاي جاذبه و دافعه برابر شده و اتمها در فاصله تعادلي نسبت به هم قرار

 مي گيرند.

 

طول پيوند با انرژي پيوند نسبت عکس دارد

 

                                                                      

وقتي اتمهاي هيدروژن در فاصله ي معيني از يکديگر قرار مي گيرند، بين آنها پيوند تشکيل مي

شود. در اين فاصله ، اتم ها در مولکول در پائين ترين سطح انرژي قرار دارند ( با تشکيل پيوند

انرژي آزاد مي شود) اگر اتمها از اين فاصله به هم دورتر يا نزديکتر شوند در وضع ناپايداري

قرار خواهند گرفت. در واقع اين فاصله همان فاصله ي ميان دو اتم هيدروژن پس از تشکيل پيوند

 است که به آن طول پيوند مي گويند. هر چه طول پيوند کمتر باشد، پيوند قوي تر است و انرژي

بيشتري براي شکستن آن لازم است و برعکس.

پيوندهاي کووالانسي قطبي و ناقطبي

هر گاه دو اتم که با هم الکترون به اشتراک گذاشته اند به يک اندازه تمايل داشته باشند که جفت

 الکترون پيوندي را به سوي خود بکشند، پيوندشان پيوند کووالانسي ناقطبي است. اگر يکي از

اتمها الکترونگاتيوتر از ديگري باشد، زوج الکترون پيوندي را بيشتر به سمت خودش مي کشد و

 پيوندشان پيوند کووالانسي قطبي است. قطب منفي اين پيوند را اتم الکترو نگاتيوتر تشکيل مي

دهد.

                                     

پیوند کووالانسی قطبی                                                   پیوند کووالانسی نا قطبی

مولکولها را چگونه نمايش مي دهند؟

براي نشان دادن چگونگي اتصال اتمها مي توان الکترونهاي ظرفيتي شرکت کننده در تشکيل پيوند

 را با استفاده از نقطه نشان داد. به عنوان مثال براي ₂ H که از دو اتمH   تشکيل شده :

 

H.+.H ® H:H

 

و يا براي  Cl₂   که از دو اتم Cl  تشکيل شده است:

اتم Cl در لايه ظرفيت ۷ الکترون دارد و براي رسيدن به قاعده هشتايي به الکترون نياز دارد.

 

    زوج پيوندي      Cl..Cl  ®  . Cl . +Cl

هنگام رسم ستاختارهاي الکترون – نقطه اي مي توان جفت نقطه اي را که نمايان گر جفت

الکترون پيوندي است با يک خط کوتاه نشان داد. اين خط کوتاه نمايانگر يک پيوند ساده (يگانه )

است.

به عنوان مثال :

 

H_H  ،  H_Cl،  Cl_Cl

 

به اين شيوه نمايش مدل الکترون – نقطه يا ساختار لوويس مي گويند.

مولکولهاي چند اتمي را نيز مي توان با ساختار لوويس نمايش داد.

دو اتم مي توانند بيش از يک جفت الکترون به اشتراک بگذارند و تشکيل پيوند دو گانه ، سه گانه

 و ... بدهند مثل C₂H₂ و₄ C₂H

پيوند داتيو

پيوند داتيو هنگامي بوجود مي آيد که دو اتم تشکيل دهنده ي پيوند يکي دست کم داراي يک جفت

الکترون ناپيوندي و ديگري داراي دست کم يک اوربيتال خالي باشد مانند کاتيون آمونيوم که از

اتصال يک مولکول آمونياک و يک يون هيدروژن بوجود مي آيد.

 

 روش نامگذاري با استفاده از پيشوند ، ريشه نام عنصر و پسوند

 

شيمي دانها اغلب ترکيبهاي مولکولي را با استفاده از پيشوندهاي نوشته شده در جدول نام گذاري

مي کنند. پيش وند و پس وند معمولاً به ريشه ي نام عنصرهاي موجود در ترکيب افزوده مي

شود.

معمولاً نام عنصري گفته مي شود که الکترونگاتيوي آن کمتر است. اگر فرمول مولکولي مورد

نظر تنها يک اتم از عنصر اول داشته باشد، از به کاربردن پيش وند مونو چشم پوشي مي شود

مانند کربن دي اکسيد  _۲ CO

 

        

نام گذاري به روش استفاده از عدد اکسايش

به بار الکتريکي ظاهري نسبت داده شده به هر اتم عدد اکسايش آن اتم مي گويند.

معمولاً عدد اکسايش -2 است.

معمولاً عدد اکسايش +2 است.

معمولاً عدد اکسايش هالوژنها -1 است.

 

اعداد اکسايش اتمهاي ديگر را مي توان در ترکيبها يا يونهاي چند اتمي محاسبه کرد.

جمع بندي عددهاي اکسايش در يک ترکيب خنثي بايد برابر صفر و در مورد يک يون چند اتمي بايد برابر بار يون باشد.

به عنوان مثال ملکولها ي CO و CO2 در اين روش به ترتيب کربن (II) اکسيد و کربن (Iv) اکسيد ناميده مي شوند.

فرمول تجربي ، فرمول مولکولي و فرمول ساختاري

فرمول تجربي افزون بر نوع و تعداد عنصرهاي سازنده مولکول ، ساده ترين نسبت اتمهاي

موجود در آن را مشخص مي کند. حال آنکه فرمول مولکولي نوع و تعداد واقعي اتمها را در

مولکولهاي سازنده يک ترکيب مولکولي بدست مي دهد.

فرمول مولکولي = ( فرمول تجربي ) X

فرمول ساختاري اطلاعات زيادي در باره ي موقعيت اتمها در مولکول در اختيار مي گذارد.

 

چگونه مي توان شکل هندسي مولکول را پيش بيني کرد؟

معمولاً بين فرمول مولکولي يک ترکيب و شکل هندسي آن رابطه روشني وجود ندارد. مطابق

نظريه نيروي دافعه جفت الکترون هاي لايه ظرفيت ، نيروهاي دافعه الکترو استاتيک ، موجود بين جفت الکترون هاي پيوندي يا ناپيوندي موجود در يک مولکول ، موجب مي شود که اين جفت الکترونها تا آنجا که امکان داشته باشد، از يکديگر فاصله بگيرند.

در اين روش براي سادگي به جاي جفت الکترون الکترونهاي پيوندي و ناپيوندي از واژه اي قلمرو الکتروني استفاده مي شود.

چگونه شکل هندسي مولکول ها از روي ساختارهاي لوويس آنها تعيين مي شود؟

براي اين کار به شيوه زير عمل مي شود.

۱ – ساختار لوويس مولکول را رسم کنيد

۲ – تعداد قلمروهاي الکتروني در اطراف اتم مرکزي را معين کنيد

۳ – آرايش هندسي مناسب را نتيجه گيري کنيد

دو قلمرو الکتروني ¬ ساختار خطي مثل CO2

سه قلمرو الکتروني ¬ ساختار سه ضلعي سطح مثل SO3

چهار قلمرو الکتروني ¬ ساختار چهار وجهي مثل CH4

جفت الکترونهاي ناپيوندي نسبت به جفت الکترونهاي پيوندي فضاي بيشتري اشغال مي کنند. در

نتيجه نيروي دافعه ي بين جفتهاي ناپيوندي – پيوندي اندکي بيشتر از نيروي دافعه بين جفتهاي

پيوندي  - پيوندي است. به عنوان مثال در H2O زاويه از

 ْ ۰۲۱ به ْ ۵/۱۰۴ کاهش يافته است.

 چه نيرويي مولکولها را کنار يکديگر نگه مي دارد؟

نيروي جاذبه ميان هسته ي اتم هاي يک مولکول و الکترون مولکول ديگر سبب مي شود که

مولکولها همديگر را بربايند.

در مولکولهاي قطبي ، وجود دو قطب مثبت و منفي بر نيروهاي جاذبه اي موجود ميان مولکول

 ها، نيروي جاذبه اي قويتر را اضافه مي کند. اما مولکولهاي دو اتمي جور هستند مانند I2 که از

 جمله مولکول هاي ناقطبي به شمار مي آيند، به همان نيروهاي اوليه اکتفا مي کنند.

پيوندهاي هيدرژني از جمله نيروهاي بين مولکولي قوي به شمار مي آيند.

هنگامي که هيدروژن ، يعني کوچک ترين اتم شناخته شده ، به فلوئور ، اکسيژن يا نيتروژن

( کوچک ترين و الکترونگاتيو ترين اتمها) متصل شود پيوندي بسيار قطبي بوجود مي آيد.

از اين رو يک جاذبه ي دو قطبي – دو قطبي بسيار قوي ميان مولکولهاي داراي اين گونه پيوندها

 بوجود مي آيد که به خاطر استحکام بيش از اندازه ي آن پيوند هيدروژني ناميده مي شود.

 

مثلاً وجود پيوند هيدروژني بين مولکولهاي H2O ، باعث بالا بودن نقطه ذوب و جوش آب

نسبت به H2S  مي باشد.

 

سوالات

1- ترکيبهاي زير را به ترتيب افزايش درصد خصلت يوني مرتب کنيد.

MgBr2. kBr. CsBr .PBr₃

CsBr > KBr > MgBr₂ > PBr ₃

 

2- نام ترکيب هاي زير را بنويسيد.

 

5- عدد اکسايش اتم نيتروژن را در ترکيبهاي زير مشخص کنيد.

 HNO3    +1 + N + (-2*3) = 0 ® N= +5

NOCL     N - 2 -1 = 0 ® N = +3

NH4CL   N + (4*1) - 1 = 0 ® N = -3

NaN3    1 + (3*N) = 0 ® N = - 1/3

AL(NO2)3    3 + (3*N ) + (-2*2*3) = 0 ® N = +3

 

6- پيوندهاي مقابل را براساس افزايش قطبيت مرتب کنيد.

H_H  و H_Cl  و   H_O    و    F_H

اختلاف الکترونگاتيوي هر دو اتم تشکيل دهنده ي پيوند را محاسبه مي کنيم

 

 

7- چرا در ترکيب of2 ، اتم اکسيژن را در سمت چپ ولي در ترکيب Br₂O  آن را در سمت راست فرمول ترکيب مي نويسيم؟

زيرا الکترو نگاتيوي O از F کمتر است و از Br بيشتر است.

 

8- چرا تشکيل پيوند گرماده و شکستن آن گرماگير است .

زيرا اتمها وقتي با هم پيوند تشکيل مي دهند، حالت پايداري پيدا کرده و به سطح انرژي پائين تري مي رسند. ( در اين حالت انرژي آزاد مي شود) . ولي هنگامي که مي خواهيم اتمهاي يک پيوند را از هم جدا کنيم بايد انرژي مصرف کنيم تا پيوند را بشکنيم ( مقدار اين انرژي برابر با همان انرژي است که در هنگام تشکيل پيوند آزاد شده بود)

 

9- ساختار لوويس CH₃OH (متانول) و C₂H₅OH (اتانول ) را رسم کنيد.

 

                                                              

      سوالات چهار گزينه اي

 2- ساختار لوويس يون OH- کدام است :

 

3- شکل هندسي کداميک چهار وجهي است ؟

الف) CH₃₊

ب)    SO₂      

ج) H₂O    

د) NH4+ 

4- قطبيت ميان پيوند ( _۸O) کدام عنصر بيشتر است ؟

الف) _۷ N

ب)  Cl 17

ج)  _۹ F

د)  ₁₅  P

5- جفت الکترونهاي پيوندي در مقايسه با جفت الکترون هاي ناپيوندي ...

الف ) آزادي و تحرک کمتري دارند ×

ب) فضاي بيشتري را اشغال مي کنند

ج) بار منفي بيشتري دارند

د) يک ديگر را بيشتر مي رانند

6- کدام نام براي ترکيب مربوطه نادرست است ؟

الف  CCL₄( : کربن تترا کلريد

ب ) S₂Cl₂ : دي سولفيد دي کلريد

ج) BCl₃ : بور تري کلريد

د) BeF₂ : بريليم دي فلوئوريد

7- کدام فرمول نوع و تعداد  واقعي اتمها را در مولکول نشان مي دهد؟

الف ) تجربي

ب) مولکولي

ج) ساختاري

د) هر سه مورد

8- (CH2O) فرمول تجربي کدام مورد زير است ؟

الف ) فرمالدهيد CH2O

ب ) گلوکوز C6H12O6

ج) اسيد استيک C2H4O2

د) هر سه مورد

بخش ۵

کربن و ترکيب آلي

                                                                     

کربن عنصري هاي واقع در تناوب دوم و در گروه ۱۴ جدول تناوبي است. بنابر موقعيت کربن

در جدول ، اين عنصر براي رسيدن به آرايش اوکتت (هشتايي پايدار) نمي تواند الکترون جذب

کرده و يا الکترون از دست بدهد، بلکه بسيار تمايل دارد که چهار الکترون لايه ظرفيت خود را

با ديگر اتمها به اشتراک بگذارد. کربن همچنين مي تواند با اتمهاي کربن يا ديگر اتمها پيوند دو

گانه و سه گانه تشکيل دهد. همچنين اتم عنصرهاي ديگري چون O ، S ، N ،P  و هالوژنها هم

با کربن پيوند کووالانسي تشکيل مي دهند به اين ترتيب کربن ترکيبهاي بسيار زيادي را بوجود مي

 آورد که شکلهاي گوناگون خطي ، حلقوي و ... دارند.

 

 

الماس و گرافيت جامدهايي با شبکه کووالانسي

                                               

الماس و گرافيت  دو آلوتروپ از عنصر کربن مي باشند. در اين دو ماه شمار بسيار زيادي از

 اتمهاي کربن با پيوند کووالانسي به هم متصل هستند.

الماس از اتمهاي کربن که به طريقه ي کووالانسي از چهار طرف به هم متصل شده اند تشکيل

شده است. الماس ماده اي سخت ، بي رنگ ، شفاف  و رساناي گرما است. دماي ذوب بسيار

بالايي دارد. رسانايي الکتريکي ندارد.

در جواهر سازي و نوک مته ها براي بريدن شيشه کاربرد دارد.

در گرافيت اتمهاي کربن به صورت لايه هاي تخت و موازي آرايش يافته اند. از اتصال شش اتم

کربن شش گوشه هايي ايجاد شده اند که به هم متصل شده صفحه اي مشبک بوجود مي آورند.

گرافيت از اتمهاي کربن که به طريقه کووالانس از سه طرف به هم متصل شده اند تشکيل شده

است . اين ماده نرم، سياه و درخشنده است. نارساناي گرما و رساناي الکتريسيته است و دماي

ذوب بالا دارد.

 

                        

 

ترکيبهاي آلي و گروههاي عاملي

در شيمي ۱ – با ساده ترين ترکيبهاي آلي يعني هيدروکربنها آشنا شديد.

عضوهاي هر خانواده از ترکيب آلي معمولاً يک جزء ساختاري مشترک دارند . اين جزء

ساختاري را گروه عاملي مي نامند. گروه عاملي مجموعه اي از اتمهاست که به ترکيب آلي

خواص ويژه اي مي بخشد. ترکيبهاي آلي که گروه عاملي يکسان دارند ، خواص فيزيکي و

شيميايي مشابه دارند.

 

 

نام گذاري هيدروکربنهاي راست زنجير ( آلکان ها)

نام همي آلکانها به پسوند (آن) ختم مي شود. چهار هيدروکربن اوليه ي اين خانواده نامهاي

قديمي، متان ، اتان ، پروپان و بوتان را دارا هستند. از چهار کربن به بعد تعداد اتمهاي کربن را

به يوناني ذکر کرده و در آخر پسوند «آن» را اضافه مي کنيم. پنتان ، هگزان ، هپتان ، اوکتان ،

 نونان ، دکان ، آلکانهاي ۵ تا10 کربنه هستند

 

 

نام گذاري آلکن ها وآلکين ها بر مبناي نام آلکان ها

براي نام گذاري آلکن ها پسوند «آن» در نام آلکان ها را برداشته و به جاي آن پسوند «ان» قرار

 مي دهند مثل اتن ، پروپن ، بوتن ، پنتن ، هگزن، هپتن ، اوکتن ، ...

براي نام گذاري الکين ها پسوند «آن» در نام آلکانها را برداشته و به جاي آن پسوند «اين» قرار

مي دهند مثل اتين ، پروپين، بوتين، پنتين، هگزين، هپتين ، اوکتين و ...

 

 

نام گذاري هيدروکربهاي شاخه دار

۱ – ابتدا زنجيري را که بيشترين تعداد اتم کربن را داراست به عنوان زنجير اصلي انتخاب مي

 کنيم . لزومي ندارد که حتماً اتمهاي کربن زنجيره اصلي در روي يک خط مستقيم باشند.

۲ – شماره گذاري زنجير اصلي را از طرفي انجام مي دهيم که به شاخه فرعي نزديکتر باشد

يعني به شاخه فرعي عدد کوچکتري تعلق بگيرد.

۳ – اگر به زنجيره اصلي بيش از يک شاخه فرعي متصل باشد، زنجير را از طرفي شماره

گذاري مي کنيم که اگر شماره هاي مربوط به اتم کربن داراي شاخه هاي فرعي را با هم جمع

کنيم عدد کوچکتري بدست آيد.

۴ – اگر دو شاخه نامشابه مثل متيل و اتيل به زنجير اصلي متصل باشند، ابتدا نام شاخه اي را

 مي آوريم که از نظر نام تقدم الفبايي دارد. مثلاً اتيل مقدم بر متيل و هر دو مقدم بر پروپيل

است . (بنيان هاي حاصل از آلکانها آلکيل ناميده مي شوند مثل متيل واتيل)

۵ – بعد از انتخاب درست زنجيره اصلي و شماره گذاري صحيح کربنها ، ابتدا نام شاخه ها را با

 ذکر شماره کربني که به آن متصل است مي آوريم و در آخر نام شاخه اصلي را مي آوريم.

 

 

هيدروکربنهاي حلقوي

ترکيبهايي شناخته شده است که در آنها اتمهاي کربن طوري به هم متصل شده اند که ساختاري

حلقوي بوجود آورده اند. سيکلو هگزان نمونه اي از يک هيدروکربن سير شده حلقوي است.

بنزن هيدروکربني سير نشده با فرمول C6H6 است.

بنزن سرگروه خانواده مهمي از هيدروکربن است که ترکيبهاي آروماتيک گفته مي شوند. نفتالن

(C10H8) از جمله اين ترکيبهاست.

           

            

          

        سوالات متنوع از همه فصل ها

 

                      

_شكل هندسي مولكول    CO ₂  , SO ₂  را باتوجه به ساختار لوويس آن تعيين كنيد. 

 

2-پيوند كووالانسي قطبي و نا قطبي را تعريف كنيد.

 

3-شكل هندسي مولكولهاي NH ₃ , H ₂O   را پيش بيني كنيد.

 

4-فرمول تجربي يا فرمول مولكولي كداميك تصوير بهتري از مولكول در اختيار مي گذارد؟    

 

5-رسانايي الكتريكي بسيار كم آب خالص نشان دهندة چيست؟

 

6_پيوند هاي هيدروژني چه هنگامي تشكيل مي شوند؟

 

7-پيوند كووالانسي چگونه تشكيل مي شود؟

 

8_چرا زاوية پيوند در مورد SO ₂ به جاي 120 درجه برابر 5/119 درجه مي باشد؟

 

9_كدام يك از پيوندهاي زير قطبي تر است؟     1) O_F      2) S_F

 

 

1-منظور از گروه عاملي چيست؟

 

2- دگرشكل يا آلوتروپ را تعريف كنيد.

 

3- كاربرد گرافيت را بنويسيد.

 

4- جامدهاي كووالانسي را تعريف كنيد.

 

5- چرا به آلكان پارافين مي گويند؟

 

6- ايزومرهاي ساختاري چه تركيب هايي هستند؟

 

7- گرافيت و الماس دگر شكل هاي چه عنصري هستند؟

 

8-  چرا كربن تمايلي به تشكيل يون ندارد؟

 

9-  شيمي معدني و شيمي آلي را تعريف كنيد.

 

10- چگونه كربن به آرايش هشتايي مي رسد؟

 

۱- اگر تعداد الكترون هاي يون M³⁺  برابر 28 و عدد جرمي اين يون نيز 73 باشد ، تعداد نوترون هاي اتم

 M را محاسبه كنيد ؟

                                                                    

 

2- نقره داراي دو ايزوتوپ با جرم اتمي amu 107 و amu 109 مي باشد . اگر جرم اتمي ميانگين نقره

amu 107.96 باشد ، درصد فراواني هر يك از ايزوتوپ ها را بدست آوريد ؟

 

3- در L=1 چند اوربيتال وجود دارد ؟

 

4- دو ويژگي تركيب هاي يوني را بنويسيد ؟

 

5- چرا عناصر يك گروه خواص مشابه دارند ؟

 

6- آرايش الكتروني عنصري به nSⁿ nPⁿ  ختم مي شود . دوره و گروه و عدد اتمي اين عنصر را با ذكر

دليل مشخص كنيد ؟

 

7- اتم Na _­11   از چه راهي به آرايش هشتايي پايدار مي رسد ؟ ذره باردار حاصل از آن آنيون است يا

كاتيون ؟

 

8- اوربيتالهاي S‌چه شكلي دارند ؟ و اندازه اوربيتالهاي 2S  و 3S را با هم مقايسه كنيد ؟

 

9- در تركيب NH₄Cl چه نوع پيوندهايي وجود دارد ؟

 

10- چرا واكنش پذيري شيميايي فلزهاي قليايي خاكي كمتر از فلزهاي قليايي است ؟

 

                           

- به سوالات زير پاسخ دهيد :                                          

الف) واكنش توليد سديم كلريد گرماده است يا گرماگير ؟

 

ب) منظور از انرژي شبكه چيست ؟

 

2- آرايش الكتروني آخرين تراز انرژي دو يون A^- و B²⁺  به  2P⁶  ختم مي شود :

 

الف) اين دو عنصر به كدام گروه و تناوب تعلق دارد ؟

 

ب) فرمول تركيب اين دو با هم چيست ؟

 

پ) پيوند آنها با هم بيشتر چه خصلتي دارد ؟ چرا ؟

 

3- چرا جامدهاي يوني در اثر ضربه خرد مي شوند ؟

 

4- به سوالات زير پاسخ دهيد :

 

الف) دماي ذوب سديم كلريد چند است ؟   ب) مس (II) سولفات بدون آب چه رنگي دارد ؟

 

 5- جامدهاي يوني در چه حالتي رساناي جريان الكتريسيته مي باشند ؟ چرا ؟

 

6- نام تركيبات زير را بنويسيد ؟

 

الف) KMnO₄                 ب) Cu₂S                       پ) Mg(NO₂)₂

 

7- فرمول شيميايي تركيبات زير را بنويسيد ؟                                                     

 

الف) آلومينيم سولفات        ب) آهن (II) هيدروژن كربنات    پ) آمونيوم نيترات

 

8- عدد اتمي عناصر A و B و C به ترتيب پشت سر هم ( متوالي ) مي باشد . اگر آرايش الكتروني لايه آخر عنصر B برابر 3S²  3P⁶  باشد :

 

الف) كدام عنصر مي تواند فلز باشد ؟ چرا ؟

 

ب) كدام يك كاتيون و كدام يك آنيون تشكيل مي دهد ؟ چرا ؟       

 

پ) آيا گاز نجيب هم وجود دارد ؟ چرا ؟

 

ت) از تركيب دو عنصر از عناصر فوق مي توان جامد يوني بدست آورد . فرمول آنرا بنويسيد

 

9- الف) انرژي شبكه تركيبات MgO  و  Al₂O₃  و  CaO‌  را با يكديگر مقايسه كنيد ؟ با ذكر دليل  

        ( O₈ و  Mg ₁₂   و  Ca ₂₀    و  Al ₂₇ )

 

ب) دماي ذوب كدام تركيب از همه بيشتر است ؟ چرا ؟

 

10-    0.26  گرم نمك آب پوشيده ي آهن (II) سولفات را حرارت مي دهيم تا 0.152 گرم نمك بي آب باقي

 بماند.تعداد مولمول هاي آب تبلور را بدست آوريد؟ g / mol  152=FeSO₄‌

 

1-مواد سازنده ي سنگ و خاك چه هستند؟

 

2- تركيب هاي آلي از چه نوع تركيب هايي هستند؟

 

3- كاربرد الماس را بنويسيد.

 

4-   دگر شكل هاي كربن را نام ببريد.

 

5- ويژگي هاي الماس را نام ببريد.

 

6- ساختار گرافيت را توضيح دهيد.

 

7-ساده ترين تركيب آلي چيست؟ و به چند دسته تقسيم مي شوند؟

 

8- چرا آلكن و آلكين واكنش پذير تر از آلكان هستند؟

 

9- چرا تركيب هاي آلي موجود در هر دسته يا خانواده خواص فيزيكي و شيميايي مشابهي دارند؟

 

10-   چرا كربن مي تواند تعداد بي شماري تركيب شيميايي به وجود آورد؟

 

                                  

 

1-  1.22 گرم باريم كلريد متبلور به فرمول BaCl₂ . 2H₂O   داراي 0.18 گرم آب تبلور است . جرم مولكولي نمك BaCl₂  را بدست آوريد ؟

 

2- فرمول شيميايي تركيبات زير را بنويسيد ؟

 

الف) آمونيوم كربنات                          ب) مس(II) اكسيد 

     پ) كربن تترا كلريد                       ت) دي نيتروژن تري اكسيد

 

3- بين طول پيوند و انرژي پيوند چه رابطه اي وجود دارد ؟

 

4- عدد اكسايش عناصري را كه زير آنها خط كشيده شده بدست آوريد ؟

 

الف)  Cr₂O₇ ^2-       ب) HNO₃  

 

5- اگر جرم مولكولي تركيبي g/mol  88 و فرمول تجربي آن C₂H₄O  باشد ، فرمول مولكولي اين تركيب را مشخص كنيد ؟ ( 1= H  و  12= C  و  16= O )

 

6- با توجه به فرمول مولكول هاي روبرو : الف) NH₃    ب) CH₃Cl    ت) SO₃

 

الف) ساختار لوويس اين تركيب ها را رسم كنيد ؟

 

ب) شكل هندسي اين تركيب ها را مشخص كنيد ؟

 

پ) با بيان علت زاويه پيوندي در مولكول NH₃ را پيش بيني كنيد ؟

 

ت) در كدام تركيب پيوند داتيو وجود دارد ؟

 

7- مفاهيم زير را تعريف كنيد ؟

 

الف) انرژي شبكه               ب) فرمول ساختاري              پ) مولكول قطبي

 

8- چرا جامدهاي يوني در حالت جامد رساناي جريان برق نيستند ، ولي در حالت مذاب يا محلول رساناي جريان برق مي باشند ؟

 

9- هنگامي كه دو اتم براي تشكيل پيوند كووالانسي به يكديگر نزديك مي شوند چه نيروهاي جاذبه و دافعه اي بين آنها بوجود مي آيد ؟

 

10- چرا نقطه جوش HF بالاتر از HCl است ؟