نمک طعام

سدیم کلرید یکی ازضروری ترین ترکیبات درغذای انسان و حیوان می باشد . ونیز زیاده روی درمصرف آن باعث اختلالاتی ازجمله فشار خون می گردد.یکی از مهمترین موادخام درصنایع شیمیایی  برای تهیه   Na2CO3 و  NaOH   و کلر می باشد.به عنوان نگهدارنده درصنایع غذایی  و برای ذوب کردن یخ وبرف کاربرد دارد .  بلورهای مکعبی شکل آن  دارای کئوردینانس هشت وجهی و هریک از دو یون ⁺Na  و ^- Cl دارای شکل بلوری مکعبی تنگ چیده ( ccp ) و بدون آب تبلور است .

سدیم کلرید جامدی یونی٬ با  دمای ذوب  801 و دمای جوش 1439 وچگالی   17/2 g/cm³ می باشد.به میزان تقریبا 3% درآب دریا وجوددارد ودرصنعت ازآب دریا استخراج می گردد . NaCl خالص رابا عبوردادن گاز HCl  از درون NaOH  به دست می آورند.

گرمای تشکیل  Na Cl به حالت گاز مجموع انرژی یونش یک مول اتم های سدیم وانرژی یک مول الکترونخواهی اتم های کلر می باشد .

                مول /کیلو ژول        9/495           Na ( g )    -------->  Na⁺ ( g)  +  e   

               مول /کیلو ژول        325-            ( Cl ( g )   +   e   -------->    Cl^- ( g  

              Na: [Ne] 3s¹ + Cl: [Ne] 3s²3p⁵ => Na+: [Ne]    +  Cl^-: [Ne] 3s²3p⁶ 

 مول /کیلو ژول 9/170  

  همان طور که می بینید گرمای تشکیلNa Cl   به حالت گاز مثبت است .اما باید توجه داشت هنگامی که یون های سدیم وکلر گرد هم می آیند و بلورنمک طعام  را می سازند   گرمای زیادی آزاد می گردد. گرمای تشکیل Na Cl به حالت جامد 153/ 411-  می باشد . وباتوجه به این که درحالت مذاب رسانای الکتریسیته می باشد . این موضوع بیانگر آن است که این ماده یک جامد یونی است. با کلیک دراینجا شاهد فیلم جالبی درمورد واکنش بین سدیم وکلر  وتغییر آرایش اتم ها وتشکیل شبکه بلوری Na Cl خواهید بود .

منابع :

  شیمی فلزات : تالیف دکتر منصور عابدینی

فرهنگ شیمی : تالیف دیوید ویلیام آرتور شارپ

شیمی بانگرش کاربردی : تالیف اسمیت ٬ اسموت ٬  پرایس

شیمی پایه: تالیف مسترتن ٬  اسلاوینسکی  ٬ والفورد

 چگونگی تشکیل پیوند کووالانس وانرژی پیوند
اتم هاخود به خود بایکدیگر ترکیب می شوند .مولکول ها را می سازند .به عبارتی دیگر مولکول ها پایدارتر از اتم ها هستند. درهرفرایند خود بخودی انرژی آزاد گیبس منفی است ودرانجام آن دوعامل حداکثر  بی نظمی وحداقل انرژی موثر هستند. ازآن جایی که درتشکیل مولکول ها ازاتم ها همیشه بی نظمی کاهش می یابد ٬ بی نظمی عامل مساعد نیست ودراین رابطه کاهش انرژی نقش موثر دارد.

هراتم علاوه برانرژی های جنبشی مقداری انرژی پتانسیل نیز دارد ٬ که درمجموع محتوای انرژی آن اتم را تشکیل می دهند .   انرژی پتانسیل یک اتم شامل دافعه های لایه های الکترونی ونیروی گریز از مرکز وجاذبه بین هسته - الکترون ها می باشد.      

 در اکثر ترکیبات ویون های چند اتمی ٬ پیوند کووالانسی وجوددارد . این پیوند بین  دواتم نا فلز که اختلاف الکترونگاتیوی کمی دارند تشکیل می شود . وبا اشتراک الکترون بین دوعنصر ٬ لایه ظرفیت هر دواتم شرکت کننده در پیوند کامل می شود.

ساده ترین مثال دراین رابطه تشکیل پیوند بین دواتم هیدروژن است .

هنگامی که دواتم درفاصله دوراز هم قراردارند اثری برهم نمی گذارند وجاذبه بین آن دو صفراست . اما هنگامی که  به هم نزدیک می شوند جاذبه مغناطیسی حاصل از اسپین الکترونی بردافعه الکترونی غلبه نموده وآن دو رابه هم نزدیک می نماید . برای درک بهتراین مطلب  دراینجاکلیک نمایید . 

قرارگرفتن الکترون بین دوهسته سبب جذب پروتون هامی شود وانرژی پتانسیل کاهش می یابد. هرچه این نیروی کولمبی بین دو ذره بیشتر٬  پیوند حاصل قوی تر وپایدارتر وانرژی کل سیستم کمترخواهدبود .

 براثرجاذبه هسته هراتم  ٬ بر ابرالکترونی اتم دیگر٬ اتم ها رفته رفته به هم نزدیک می شوند وبه این ترتیب مرتبا انرژی پتانسیل دواتم کاهش یافته وبه یک مینیمم می رسد.( چاه پتانسیل) اما همزمان بانزدیک شدن هسته دواتم به یکدیگر دافعه بین هسته ها (  دافعه کولمبی )ازشدت وسرعت نزدیک شدن دواتم جلوگیری می نماید درمینیمم انرژی پتانسیل درواقع جاذبه ودافعه هابین دواتم  به تعادل می رسند ٬ به طوری که اگردواتم ازهم دورشوند جاذبه آن هارا به هم نزدیک می نماید واگر دوهسته به هم نزدیک شوند دراین صورت دافعه بین انها به شدت انرژی پتانسیل را افزایش داده ودواتم اجبارا دریک فاصله مینیمم مناسب با حداقل انرژی پتانسیل درکنارهم قرارمی گیرند . دراین حالت احتمال حضور  الکترون های پیوندی درفضای بین دوهسته بیشتر است .

البته الکترونهای پیوندی ازفضای بین دوهسته نیز خارج می شود وبا سرعت زیادی که دارند ( درحدود یک صدم سرعت نور ) درداخل اتم ها ومولکول ها حرکت می نماید اما بیشتر اوقات خود را در فضای بین دوهسته (مثلا  زمان  90% -  80 % ) سپری می کند.

مفهوم پیوند شیمیایی راازنظر کیفی می توان تمرکز الکترون درفضای بین دو هسته دانست. البته الکترون می تواند بین بیش از دوهسته نیز قرار گیرد ( رزونانس )

وقتی دو یا چند اتم باپیوند کووالانسی به یکدیگر متصل می شوند ذره حاصل مولکول نامیده می شود . خطی فرضی ٬ که هسته دواتم را درپیوند به هم متصل می کند محور پیوند می نامند .

 فاصله بین دوهسته درامتداد محور پیوند  طول پیوند نامیده می شود. این طول درواقع ثابت نیست .زیرا پیوند ها مانند یک فنر سفت بین دو هسته اتم قرارگرفته اند به طوری که اتم ها نسبت به هم درحال ارتعاش اند و پیوند مرتبا بلند وکوتاه می شود. 

انرژی پیوند به میزان برتری نیروی های جاذبه برنیروی دافعه بستگی دارد .انرژی که درهنگام تشکیل پیوند آزاد می گردد برابراست با مقدارانرژی لازم برای غلبه برجاذبه خالص است وبه صورت تغییر انتالپی استاندارد برای شکستن پیوند٬ دریک مول ازمولکول های گازی تعریف می شود. وفرایندی گرماگیر است پس همواره طبق قرارداد مثبت است.

انرژی پیوند بستگی به شعاع اتم های شرکت کننده درپیوند والکترونگاتیوی آن ها دارد .هرچه طول پیوند کوتاه تر والکترونگاتیوی اتم ها بیشتر باشد انرژی پیوند بیشتر است برای درک بیشتر مطالب فوق دراینجا کلیک نمایید.

بیشتراطلاعات درباره مولکول ها ازطیف بینی زیر قرمز وریز موج به دست می آید.

  www.avon-chemistry.com

پیوند کووالانس کئوردینانس (داتیو)

هریک از دواتم شرکت کننده در  پیوند کووالانسی  یک الکترون به اشتراک می گذارند. وبه طوری که نمی توان تشخیص داد که الکترون های پیوندی متعلق به کدام اتم بوده است .ولی یک نوع پیوند کووالانسی دیگروجود دارد٬که درآن یک اتم دوالکترون پیوندی ( دهنده الکترون ) راتامین می کند واتم دیگر که الکترون کم دارد (پذیرنده الکترون) این دوالکترون را می گیرد .این پیوندکووالانسی را داتیو ( کووالانس کئوردینانسی ) می نامند.

 هنگامی که گاز آمونیاک را باگاز هیدروژن کلرید مجاور هم قرار می دهیم این دو ماده باهم واکنش داده ومولکول  NH₄Cl را می سازند که از یون کلرید(  ^-Cl )   ویون آمونیوم  ( ⁺NH₄ ) تشکیل شده است .

 همانطور که ملاحظه می نمایید H درمولکول HCl الکترون خودرا درلایه الکترونی اتم Cl جا می گذارد واتم نیتروژن درمولکول  NH3: الکترون غیر پیوندی خودرا دراختیار⁺ H قرار می دهد.به این ترتیب ⁺ H پذیرنده الکترون واتم نیتروژن درمولکول NH3 دهنده الکترون می باشد.

 به طور ساده می توان پیوند داتیورا به صورت یک فلش از طرف عنصر دهنده الکترون به سمت اتم گیرنده الکترون نشان داد درضمن باید توجه داشت هرچهار پیوند در یون آمونیم ازنظر انرژی وطول پیوند یکسان هستند وهیچگونه تفاوتی بعد ازتشکیل باهم ندارند.                                                                         

هنگامی که مولکول HClدرآب حل می شود  ⁺ H  از این مولکول جداشده وبامولکول آب پیوند داتیومی دهد دراین جانیز اتم اکسیژن آب که دوجفت الکترون ناپیوندی دارد یک جفت الکترون دراختیار⁺ H  قرارمی دهد وپیوند داتیو تشکیل می شود                           

به واکنش  زیر توجه کنید .دراین واکنش نیتروژن جفت الکترون ناپیوندی خودرا دراختیار اتم بور قرار می دهد  وبه این ترتیب اتم بور B  نیز درلایه ظرفیت خود دارای هشت الکترون می شود. 

 به شکل ساده تر بامدل خطی می توان این  مولکول را به صورت زیر نشان داد.

مولکول ₃ AlCl نیز مانند مولکول  ₃ BF  می باشد واتم Al  دراین مولکول  درلایه ظرفیت خود دارای شش الکترون می شود .  آزمایش نشان می دهد این مولکول در 180 درجه سانتی گراد تصعید می شود. اگر این ماده ساختار یونی می داشت باید دمای ذوب بسیار بالایی می داشت . زیرابرای ازبین بردن  جاذبه شدید بین یون ها به انرژی زیادی نیاز است .

وقتی ماده ای دردمایی پایین تصعید می شود. می توان نتیجه گرفت بایدمولکولی کووالانسی باشد .( جامد مولکولی ) به مدل الکترون نقطه ای  ₃ AlCl توجه کنید.

اندازه گیری جرم مولکولی درحالت بخار این مولکول نشان می دهد فرمول مولکولی آن باید به صورت دیمر (  Al ₂Cl₆ ) باشد .دراین دیمر همانطور که درزیر ملاحظه می کنید . دو پیوند به طریق داتیو تشکیل شده است .

 اتم کلر نیزدارای زوج الکترون های غیر پیوندی درلایه ظرفیت خود است که می تواند آن ها رادراختیار اتم Al قراردهد .

 پیوند در یون های فلزی آبپوشیده:

مولکول آب باتشکیل پیوندقوی یون های حل شده را احاطه می نماید. بیشتر یون های فلزی ضمن آبپوشی با مولکول آب پیوندتشکیل می دهند.

آلومینیم کلرید دارای پیوند کووالانسی است هنگامی که درآب حل می شود یونش می یابد. سپس شش مولکول آب یون ³⁺Al  را احاطه نموده و یون هگزا آکوا آلومینیم    Al(H₂O)₆⁺³  را می سازند . به چگونگی تشکیل این یون توجه نمایید .                                                                                                                  Al: 1s²2s²2p⁶3s²3p_x¹

                                                                                            A l ⁺³ : 1s²2s²2p⁶   

اکنون این یون می تواندبا اوربیتال های   ( 3s,3p,  3d)  لایه ظرفیت خودبا جفت الکترون های غیرپیوندی

 اکسیژن آب پیوند داتیو برقرارنماید.

 شکل این یون هشت وجهی است( هیبرید S P³d²) .لازم به تذکراست  برای تجسم شکل کمپلکس پیوندهای  داتیوی که دربالا وپایین  صفحه قرار دارندبه شکل فلش های  خطی و پیوندهای  داتیوی  جلوی صفحه بافلش هایی به شکل گوه وپیوندهای داتیوی عقب صفحه به شکل  فلش های نقطه چین نشان داده شده است .

  پیوند داتیو درکربن منوکسید

درمولکول کربن منوکسید  دواوربیتال تک الکترونی اکسیژن بادواوربیتال تک الکترونی کربن پیوند کووالانسی برقرارمی نمایند .امادراین حالت لایه ظرفیت کربن دارای شش الکترون خواهد شد. برای تکمیل لایه ظرفیت درکربن جفت الکترون غیر پیوندی اکسیژن با کربن پیوند داتیو می دهد . به این ترتیب درفرمول ساختاری کربن منوکسید پیوند سه گانه برقرار می شود. C ≡ O

دربیشتر اسید های اکسیژندار  اتم مرکزی با اکسیژن دارای پیوند داتیو است واثر القایی منفی این اکسیژن باعث افزایش قدرت اسیدی دراین گونه اسید ها  می شود.

لازم به تذکر است دریون نیترات هرسه پیوند N  وO  ازهرحیث یکسان هستند واین به علت عدم استقرارالکترون (رزونانس) دراین سه پیوند است .

http://www.chemguide.co.uk/atoms/bonding/dative.htm

خصلت پیوند

وقتی اختلاف الکترونگاتیوی بین اتم هاخیلی زیاد باشد.الکترون ازیک اتم به اتم دیگر منتقل می شود و  پیوند یونی تشکیل می گردد.

 وچنانچه اختلاف الکترونگاتیوی بین اتم ها کم باشد. الکترون به اشتراک می گذارند وپیوند کووالانسی تشکیل می شود.       

حال این سوال مطرح می شود ٬ اختلاف الکترونگاتیوی بین دو اتم چه مقدار باشد ٬ تا خصلت  پیوندکووالانسی ویا یونی شود ؟

پاسخ این پرسش ساده نیست .زیرا  الکترونگاتیوی یک اتم دریک مولکول تحت تاثیر دو عامل است.

 1- اتمی  که با آن پیوند داده

2-  تعداداتم هایی است که با آن ها پیوند تشکیل داده است.

مقدارجذب الکترون های پیوندی به  اختلاف الکترونگاتیوی بین دو اتم  بستگی دارد. 

وقتی اختلاف الکترونگاتیوی بین دواتم درحدود 67/1 باشد پیوندبین آن دو 50 % یونی و50%   کووالانسی است .بنابراین کمتراز 67/1 رانشانه پیوند کووالانسی وبیشترازاین مقداررانشانه  پیوند یونی درنظر می گیرند .درواقع یک پیوند( به جز مواردی که دواتم سازنده آن یکسان هستند)مقداری خصلت کووالانسی ومقداری خصلت یونی دارد.

پیوند کووالانسی اگر بین دواتم جور هسته ( یکسان ) ایجاد شود توزیع الکترون های پیوندی بین هسته دواتم متقارن خواهد بودو پیوند کووالانسی غیر قطبی تشکیل می شود.واگر بین دو اتم متفاوت تشکیل شود.توزیع الکترون های پیوندی بین هسته دو اتم نا متقارن خواهد شد و  پیوند  کووالانسی  قطبی  تشکیل می شود.

 برای درک بهتر دانسیته الکترونی بین دواتم در یک پیوند ٬ وتفاوت پیوند یونی وکووالانسی قطبی و کووالانسی نا قطبی به شکل های زیر توجه کنید.             

درپیوند های کووالانسی قطبی دراطراف هسته الکترونگاتیو احتمال حضور الکترون (دانسیته الکترونی )بیشتر است ودرنتیجه این اتم دارای مقداری بار منفی (- δ ) شده است.درحالی که اتم دیگر همین مقدار دارای بار مثبت  (+ δ ) گشته است.

لازم به تذکر است واحد عزم قطبی طبق این رابطه برحسب ( esu cm) به دست می آید .وبرای تبدیل آن به واحد دبای بر ^18-10  باید تقسیم نمود.

http://www.teachmetuition.co.uk/Chemistry/Chemicalstructureandbonding/worked_examples_on

_ionic_bonding.htm

http://www.chemguide.co.uk/atoms/bonding/covalent.html

http://www.chem.uidaho.edu/~honors