هیبرید شدن اوربیتال های اتمی    

براساس نظریه پیوند ظرفیت ، هرپیوند کووالانسی ازاشتراک یک جفت الکترون بین دواتم حاصل می شود ، بنابراین شرط لازم تشکیل پیوند کووالانسی بین دواتم حداقل داشتن یک اوربیتال نیمه پر برای هر یک ازآن ها است .

هراتم به تعداد الکترون های جفت نشده خود پیوند کوالانسی تشکیل می دهند. اگر آرایش الکترونی  عناصر گروه  (۸-۳ )اصلی  جدول تناوبی که می توانند درپیوند کووالانسی شرکت  کنند ، رادرنظر بگیرید متوجه خواهید شد که اوربیتال نیمه پر به اندازه کافی ندارند. ویا انتظار دارید که (Be(  II A نتواند پیوند کوالانسی تشکیل دهد.درحالی که مولکول گازی F -Be-F دارای ساختار خطی وزاویه پیوندی  ۱۸۰ درجه می باشد  که بیانگر این مطلب است که بریلیم دارای دواوربیتال تک الکترونی بوده ودرپیوند کووالانسی با اتم فلوئور شرکت نموده است.

شیمیدانان تصور می کنند که یکی ازالکترون های اوربیتال 2s باکسب انرژی به تراز بالاتر 2p  برانگیخته می شود. به این ترتیب اتم بریلیم دارای  دو اوربیتال نیمه پرخواهد شد اما این دواوربیتال از نظر انرژی و پخش بارالکترونی یکسان نیستند اوربیتال 2sبه هسته نزدیک تر ودراطراف هسته به شکل کروی قرار گرفته  واوربیتال2p جهت دار ودرامتدادمحور x وازهسته دورتر می باشد.

شیمیدانان برای توجیه هم ارز بودن پیوندها نظریه هیبریدشدن اوربیتال ها را مطرح نموده اند.

آمیخته شدن دو و یا چند اوربیتال غیریکسان وتشکیل همان تعداد اوربیتال یکسان( ازنظر انرژی و پخش  بار الکترونی  )  راهیبریدشدن نامند .

هیبرید شدن اوربیتال ها بین انواع اوربیتال های  ( s، p ،d، f ) می تواند اتفاق افتد.

به کمک نظریه هیبرید شدن می توان به بررسی زاویه پیوند ها، مقایسه طول پیوند ها وتوجیه شکل مولکول ها  پرداخت.

باکلیک دراینجا می توانید چند نوع هیبرید شدن بین اوربیتال ها را مشاهده نمایید.

   جدول تناوبی عناصر  

اگرفهرست برنامه هابه شکل جدول باشد،می توانیدآنچه راکه می خواهید،بایک نگاه تشخیص دهید، تنظیم جدول روشی موثر برای نشان دادن مقدارزیادی اطلاعات مربوط به یکدیگر است.

پس از کشف عنصر هاوخواص آنها ،دانشمندان سعی کردند تا آنها را بر اساس نظم ویژه ای طبقه بندی کنند.

برای طبقه بندی عناصر به روش مدون ،کوشش های زیادی شد،ازجمله دسته بندی سه تایی دوبرینر، قانون اوکتاوهای نیولندز و جدول های مندلیف و میر را می توان نام برد .

مندلیف جدول تناوبی خودرابراساس جرم اتمی و خواص مشابه عناصرتنظیم کرد.ونتیجه گرفت که خواص عناصر تابعی از جرم اتمی آنهاست.

اما نواقص جدول مندلیف وکشف عدداتمی توسط موزلی نشان داد که خواص عناصر تابعی از عدداتمی عناصر است.جدول تناوبی جدید براساس عدداتمی مرتب گردید.

 جدول تناوبی جدید ارتباط تشابه خواص عناصر را با آرایش الکترونی آن ها نشان می دهد و جایگاه عنصر درجدول ساختارالکترونی آن را مشخص می کند.

عناصری که دریک گروه و زیرهم چیده شده اند خواص مشابه وآرایش الکترونی لایه ظرفیت یکسان داشته ، ودرنتیجه خواص فیزیکی و شیمیایی مشابه وترکیبات نظیرهم دارند.

از دوره دوم ( تناوب ) جدول ، از چپ به راست ازخصلت فلزی عنصرها کاسته شده و بر خصلت نافلزی افزوده می شود ودرانتها ، دوره به یک گاز نجیب ختم می شود.

باکلیک دراینجا ودانلود کردن برنامه ، به یک جدول تناوبی عناصر دست خواهید یافت ،که اطلاعات زیادی درمورد عناصر  به شما می دهد.  

این هم یک جدول تناوبی سرگرم کننده !!!  

گازها 

 گاز از ذره های بسیارکوچکی تشکیل شده اند که همواره در حرکت کاتوره ای هستند.فاصله بین ذره ها در مقایسه  با اندازه خود ذره ها ی گاز ، بسیاربزرگ است. به همین علت حجم گاز نه تنها به تعداد ذره های آن بلکه به دما و فشار نیز بستگی دارد.

 حجم گاز معمولا در شرایط  STP  ( دما صفر    ^oC  وفشار ۳۲۵/۱۰۱کیلو پاسکال یا یک آتمسفر) گزارش می شود.

 فشارگاز به تعداد مولکول ها در واحد حجم و میانگین انرژی جنبشی مولکول هابستگی دارد.

طبق قانون بویل در دمای ثابت ، حجم یک گاز با فشار آن نسبت عکس دارد.(   V= k/P )

طبق قانون شارل در فشار ثابت ، حجم یک گاز مستقیما با دمای مطلق تغییر می کند. (  V= kT )

برای درک بیشتر رفتار گازها دراینجاکلیک نمایید.

 گرماي واكنش ونظريه حالت گذار

انجام واكنش هاي شيميايي همواره باتغيير انرژي همراه است .

دربرخي ازواكنش هاي شيميايي كه سطح آنتالپي محصولات ازسطح آنتالپي مواداوليه بالاتر است ،انرژي گير هستند ، اين گونه واكنش ها را گرماگير نامند.

دربعضي موارد انجام واكنش شيميايي انرژي ده بوده ويابه عبارتي سطح آنتالپي محصولات ازسطح آنتالپي مواداوليه پايين تراست وفراورده هاپايدارترازواكنش ده ها مي باشند.  اين گونه واكنش ها را گرماده نامند.

تعدادبسياراندكي ازواكنش هاي شيميايي مانند واكنش استري شدن  باتغيير انرژي همراه نيستند.

دونظريه مهم واساسي انجام واكنش هاي شيميايي رادرسطح مولكولي موردمطالعه قرارمي دهند .

آـ نظريه ي برخورد 

ب ـ نظريه حالت گذار  

 مطالعات گوناگون سينيتكي نشان ميدهد كه دربيشتر واكنش هاي شيميايي يك سد انرژي درراه تبديل مواد واكنش دهنده به فراورده وجوددارد ،كه مانعي درراه انجام واكنش بوده وباعث كندي آن مي شود . ارتفاع اين سد تابع ماهيت ونوع واكنش است و نمايانگر انرژي فعالسازي واكنش   Ea می باشد.و ازواكنشي به واكنش ديگر فرق مي كند .

ارتفاع سدانرژی ، بیانگر سرعت واکنش نیز می باشد .هرچه سد انرژی کوتاهتر، سرعت واکنش بیشتر خواهد بود.

ازبرخورد موثر بین مولکول های واکنش دهنده ،پیوندضعیفی بین آن هاتشکیل وهمزمان باآن بعضی ازپیوندها سست می شوند.ودرپی آن یک شبه مولکول بسیارناپایدار به نام کمپلکس فعال( حالت گذار) بامحتوای انرژی زیاد تشکیل  می شود.سپس باسست شد ن و شکست پیوند های لازم دراین کمپلکس محصولات تولید می شوند.

باکلیک کردن در اینجا می توانید بانظریه حالت گذار درانجام واکنش های شیمیایی بیشتر آشنا شوید.

آبکافت (هیدرولیز)        

نمک هاکه درنتیجه واکنش یک اسید با باز تشکیل می شوند حاصل یون های مثبت باز با یونهای منفی اسید می باشند ،که ضمن انحلال درآب این یون ها را آزاد می نمایند.

به واکنش این یون ها با آب هیدرولیز گفته می شود . هیدرولیز نمک هامعمولاباعث تغییر  P^H  محلول می شود .زیرا نمک هاحاصل از

آ - اسیدقوی -  بازقوی          ( NaOH(aq)+ HCl  (aq)   ---->    H2O(l) +   Na⁺ Cl^-(aq

ب ـ اسیدقوی- بازضعیف                                     ( NH3(g)+ HCl  (g)   ---->   NH4Cl(g 

 پ - اسیدضعیف - بازقوی

              ( NaOH(aq)+ CH3COOH  (aq)   ---->    H2O(l) +   Na⁺ CH3COO^- (aq

 ت ـ اسیدضعیف ـ بازضعیف                                               HF  +  NH3  ----->  NH4F 

می باشند .

کاتیون هاوآنیون های حاصل ازاسید وباز قوی درمحلول آبی پایداربوده وآبکافت نمی شوند درنتیجه محلول این گونه نمک ها باعث تغییر P^H  محلول نمی شوند  . اما کاتیون هاوآنیون های حاصل ازاسید و باز ضعیف   به صورت زیر با آب برهم کنش داده  و P^H  محلول راتغییر می دهند .

                                                            ( A^-(aq)  + H2O (l) -----> HA  (aq)+ OH^-(aq

                                                ( M⁺(aq)  + 2 H2O (l) -----> MOH  (aq)+ H3O ⁺(aq

به این ترتیب محلول نمک های دسته اول  خنثی و دارای ( ۷= P^H )ومحلول نمک های دسته دوم اسیدی

( ۷ >  P^{H    )} ومحلول نمک های دسته سوم بازی و(۷ < P^{H   )} ومحلول نمک های دسته چهارم باتوجه به    K_a  و  یا K_b   می تواند اسیدی و یا بازی و یا خنثی باشند.      Ka >Kb         PH < ۷     

                                                                                  Ka =Kb         PH = ۷                       

                                                                                                          Ka <Kb         PH > ۷

درآزمایشگاه ازدستگاهی به نام  P^H سنج برای اندازه گیری P^H  محلو ل ها استفاده می شود. P^H سنج  وسیله الکترونیکی می باشد که به کمک یک الکترود شیشه ای (  الکترود مرجع حاوی کالومل سیرشده      Hg2Cl2 )به طور مستقیم P^H  محلول را نشان می دهد .

این الکترود رادرمحلولی که می خواهیم P^H  آن رااندازه بگیریم وارد نموده پتانسیلی که به وسیله الکترود پدید می آید ، توسط یک میلی ولت سنج اندازه گیری می شود. این ولتاژ یک تابع خطی از P^H  است همین رابطه است که به مااین امکان را می دهد تا P^H  سنج  رامستقیما به جای میلی ولت با واحدهای  P^H  درجه بندی نماییم.

اندازه گیری گرمای واکنش 

انجام واکنش  شیمیایی دراکثر موارد باتغییر انرژی همراه می باشد.وتغییرانرژی وابسته به واکنش های ، عموما به شکل گرما و کار(تغییر حجم) مشاهده می شود.

تغییرانرژی واکنش شیمیایی به شکل گرما را می توان به راه های زیر اندازه گیری نمود.

۱- گرماسنجی

۲- انرژی پیوندها

۳- گرمای تشکیل

گرماسنجی : گرماسنج رامی توان برای اندازه گیری جریان گرما درمورد فرایندهایی که درآب صورت می گیرد به کاربرد .ظرف گرماسنج دارای دیواره های عایق می باشدازاین رو،هرگونه انتقال گرما فقط بین آب ومخلوط واکنش صورت می گیرد.اگر واکنش گرماده باشد موجب گرم شدن آب و بالارفتن دمای آن خواهد شد  و درواکنش های گرما گیر دمای آب کاهش می یابد .

ازروی تغییر دمای آب درون گرماسنج وجرم آب می توان مقدارگرمای منتقل شده درطی انجام یک واکنش برای مقدار مشخصی ازماده رااندازه گرفت .   

تغییردما (   ⁰C )  .   (   j‎ ⁄g   ⁰C ) ۴/۱۸۴    .  وزن آب (g)   =   مقدار گرمای منتقل شده به آب( j )

وسپس آنتالپی واکنش  را محاسبه نمود.

 باکلیک دراینجا بانحوه کار گرماسنج آشنا می شوید ومی توانیدباانجام چندآزمایش ورسم نمودار خنثی شدن اسید وبازهای مختلف را مقایسه نمایید. 

الکترود استاندارد هیدروژن 

صفحه ای ازپلاتین را که روی سطح آن پوشیده ازپلاتین بسیارریز می باشد اگر درمحلول یک مولار اسید وارد نموده وبه طور مرتب ازاطراف آن گازهیدروژن با فشاریک اتمسفرعبورداده و واردمحلول اسیدنماییم دارای یک الکترود استاندارد هیدروژن می شویم .

 طبق قراداد  درهردمایی       ۰۰/0=    E^o _SHE          می باشد

به این دلیل سطح صفحه پلاتین راازذره های پلاتین ریز می پوشانیم 

۱- سطح تماس آن با گاز هیدروژن بیشترشود

۲-این ذره ها نقش کاتالیزگر داشته وسرعت نیم واکنش الکترود هیدروژن راافزایش می دهند.

روش تعیین پتانسیل استاندارد به این ترتیب است که با الکترود مورد نظر (مثال الکترود فلز روی ) و الکترود استاندارد هیدروژن، یک سلول گالوانی می سازیم . 

به کمک ولت سنج میزان پتانسیل الکترودی اندازه گیری می شود. وباتوجه به قطب های سلول، ویاتغییروزن تیغه الکترود مورد نظر ،ویاجهت انحراف عقربه ولت سنج، نیز الکترود کاهش یافته ویا اکسایش یافته رامی توان  مشخص  نمود.

باکلیک در اینجا نحوه عمل الکترود هیدروژن وپل نمکی را مشاهده نمایید.   

     اصل لوشاتلیه        

بیشتر واکنش های شیمیایی  برگشت پذیریا دو طرفه می باشند.درواقع ابتدا سرعت واکنش رفت( مستقیم ) بیشترازواکنش برگشت (معکوس)  می باشد. ولی باکم شدن مواد واکنش دهنده از سرعت واکنش رفت کاسته شده وباتولید وافزایش غلظت فرآورده کم کم بر سرعت واکنش برگشت افزوده می شود تاآن جا که سرعت واکنش رفت برابر سرعت واکنش برگشت می شود دراین زمان دو واکنش باسرعت یکسان اما دردو جهت عکس صورت می گیرد بنابراین تعادل برقرار می شود به طوری که غلظت های مواد مو جود تغییر نمی نماید درحالی که واکنش هادرحال انجام هستند.یعنی این گونه تعادل ها پویا می باشند.

                                       سرعت واکنش برگشت = سرعت واکنش رفت

لازم بتذکر است تعادل دریک سیستم بسته تشکیل می شود به این معنی که هیچ یک از  مواد موثردرواکنش  به سامانه وارد ویا از آن خارج  نشود.

میزان پیشرفت  یک واکنش شیمیایی درلحظه تعادل ، تابع نوع واکنش ونوع مواد وبرخی شرایط حاکم برآن می باشد. 

بین غلظت های اجزای شرکت کننده درتعادل رابطه ساده ایی برقراراست .که به آن قانون تعادل شیمیایی ( قانون اثرجرم ) می گویند.

واکنش دهنده ی محدودکننده