دانلود تحقیق ترکیب های یونی

ترکیبهای یونی

در بخش قبل ملاحظه کردید که اتمهای گازهای نجیب دارای آرایش پایدار هستند زیرا تمام اوربیتالهای لایه ظرفیت آنها پرشده است ( ns2  -  np6) اتمهای دیگر هم تمایل دارند که خود را به آرایش الکترونی گاز نجیب قبل یا بعد از خودشان برسانند. وقتی اتمی به آرایش هشتایی پایدار می رسد، از واکنش پذیری آن کاسته می شود و دیگر تمایلی به تشکیل پیوندهای دیگر از خود نشان نمی دهد.

 مشاهده ها نشان می دهد که فلزها با از دست دادن الکترونهای ظرفیت خود به آرامش هشتایی می رسند و تبدیل به کاتیون (یون مثبت) می شوند. در حالی که نافلزها  با گرفتن  الکترون به این آرایش پایدار می رسند و تبدیل به آنیون (یون منفی) می شوند.

  یونهای تک اتمی

به هر یونی که از یک اتم آن هم بر اثر گرفتن یا از دست دادن یک یا چند الکترون تشکیل می شود یون تک اتمی می گویند.

فلزهای گروه اول با از دست دادن یک الکترون تبدیل به کاتیون با بار +۱ میشوند مثل Na+

فلزهای گروه دوم ، با از دست دادن دو الکترون تبدیل به کاتیون ۲+ می شوند مثل  ۲+ Mg

نافلزهای گروه ۶۱ با گرفتن دو الکترون به آنیونی با بار ۲- تبدیل می شوند مثل ۲- O               

نافلزهای گروه ۷۱ با گرفتن دو الکترون به آنیونی با بار ۱- تبدیل میشوند مثل Cl-

بعضی فلزهای واسطه بدون داشتن آرایش الکترونی گاز نجیب به پایداری می رسند. برخی از این عنصرها می توانند یونهایی با بار متفاوت داشته باشند مثل

+۲   Fe و   ۲+    Fe یا ۳+ Mn   و۳+ Mn

این یونها را به ترتیب یون  را به ترتیب آهن (II  ) و یون آهن (III) یا یون منگنز (II) و یون منگنز (III) می نامند.

  ترکیبهای یونی

یک مثال متداول برای این ترکیبها نمک خوراکی (سدیم کلرید) است. نمکها از ذره های بارداری تشکیل شده اند که در نتیجه ی دادو ستد الکترون بوجود آمده اند. به نیروی جاذبه ای که بین این ذره های باردار، بار ناهمنام وجود دارد پیوند یونی می گویند. در تمام نمکها این نوع پیوند وجود دارد. این نیروی جاذبه محدود به یک کاتیون و یک آنیون نیست بلکه در تمام جهتها و میان همه ی یونهای ناهمنام مجاور و در فواصل مختلف وجود دارد . تعداد بسیار زیادی از یونهای ناهمنام به سمت یکدیگر کشیده می شوند و آرایش منظمی را بوجود می آورند.

 آرایش یون ها در نمکها به صورت یک الگوی تکراری است و این الگو در سراسر بلور تکرار می شود. به ساختاری که بر اثر چیده شدن ذره های سازنده ی یک جسم در سه بعد بوجود می آید، شبکه بلور آن جسم می گویند.

هر ترکیب شیمیایی که یونهای با بار مخالف ذره های سازنده آن باشند یک ترکیب یونی یا نمک است.

 ترکیبهای یونی در حالتی که یون ها بتوانند آزادانه حرکت کنند رسانای خوبی برای جریان برق هستند (نمک محلول در آب)

مقدار انرژی آزاد شده به هنگام تشکیل یک مول جامد یونی از یونهای گازی سازنده آن را انرژی شبکه می گویند. این انرژی می تواند معیار خوبی برای اندازه گیری قدرت پیوند در ترکیبهای یونی باشد. به عنوان مثال انرژی شبکه سدیم کلرید

Kj.mol -۱  ۷۸۷/۵ است .

ترکیبهای یونی نقطه ذوب و نقطه جوش بالایی دارند چون نیروی جاذبه بین یونهای آن خیلی قوی است.

بلور نمکها به نسبت سخت و شکننده است. یونها در شبکه ی بلور به صورت منظم قرار گرفته اند. ترکیب یونی سخت است ، زیرا برای شکستن همه ی پیوندهای میان یونها انرژی بسیار زیادی لازم است.

در هر حال چنانچه بر اثر ضربه ی چکش یکی از لایه ها اندکی جابجا شود، آنگاه بارهای ناهمنام کنار هم قرار می گیرند و به دلیل اثر دافعه میان یونهای هم نام شبکه بلور به هم می ریزد و می شکند.

 ترکیبهای یونی دو تایی

به ترکیبهای یونی متشکل از دو عنصر ترکیبهای دو تایی می گویند مثل نمک خوراکی که از دو عنصر سدیم و کلر تشکیل شده است. برا ی نمایش ترکیبهای یونی دو تایی ابتدا نماد شیمیایی کاتیون و سپس نماد شیمیایی آنیون را می نویسیم. برای نام گذاری هم نخست نام کاتیون و سپس نام آنیون را می نویسیم. به عنوان مثال :

پتاسیم کلرید   ( K+, cl _)® kcl ®

کلسیم اکسید   ®  Cao      ® +O2 (O2-و Ca2+)

فرمول نویسی یک ترکیب یونی دو تایی را می توان در سه مرحله ملاحظه کرد . برای نمونه به نوشتن فرمول شیمیایی آلومینیوم اکسید توجه کنید:

۱) در این اکسید نماد کاتیون +۳Al   و نماد آنیون  ۲+  o  است .

۲) نخست نماد کاتیون و سپس نماد آنیون را می نویسیم  ۲-Al+۳  o    

۳) کوچکترین مضرب مشترک بارهای این دو یون برابر  ۶(= ۳×۲)است . برای داشتن ۶ بار مثبت باید ۲ یون +۳Al و برای ۶ بار منفی باید ۳ یون ۲-  o   داشته باشیم. از این رو نسبت o -۲      Al+۳ برابر ۲ به ۳ و فرمول شیمیایی این ترکیب به صورت Al۲ o۳ است.

یونهای چند اتمی

ترکیبهای یونی مثل سدیم سولفات پتاسیم و آمونیوم نیترات وجود دارند که یونهای سازنده ی آنها از دو یا چند اتم یکسان یا متفاوت تشکیل شده است. به این یونها چند اتمی می گویند. برای مثال در آمونیوم نتیرات ، کاتیون  +۴  NH    و آنیون ۳- NO است. بار کاتیون  ۱+ و بار آنیون ۱- است . بنابر این فرمول شیمیایی این نمک به صورت۳  NO ۴ NH است و نسبت کاتیون به آنیون ۱ به ۱ است.

فرمول یونی یک ترکیب یونی چندتایی را می توان در دو مرحله خلاصه کرد . به نوشتن فرمول شیمیایی آمونیوم کربنات توجه کنید.

۱- نماد شیمیایی یون آمونیوم +۴ NH و کربنات (Co۲- ۳  ) است. ابتدا کاتیون و سپس آنیون را می نویسیم :   ۳    NH۴Co  است.

برخی نمکهای آب تبلور دارند

یونهای موجود در برخی از نمکها می توانند با ملکول های آب پیوند تشکیل دهند. این ترکیبها را نمکهای آبپوشیده می گویند مانند مس (||) سولفات ۵ آبه، 5H2O ،  CUSO4  مشاهده می کنید که تعداد مولکوهای آب تبلور را پس از نوشتن فرمول شیمیایی مشخص می کنند.

  ترکیبهای یونی دو تایی

به ترکیبهای یونی متشکل از دو عنصر ترکیبهای دو تایی می گویند مثل نمک خوراکی که از دو عنصر سدیم و کلر تشکیل شده است. برا ی نمایش ترکیبهای یونی دو تایی ابتدا نماد شیمیایی کاتیون و سپس نماد شیمیایی آنیون را می نویسیم. برای نام گذاری هم نخست نام کاتیون و سپس نام آنیون را می نویسیم. به عنوان مثال :

پتاسیم کلرید  --> ( K+, cl _) -->  kcl

کلسیم اکسید   -->  Cao      -->  +O2 (O2-و Ca2+)

فرمول نویسی یک ترکیب یونی دو تایی را می توان در سه مرحله ملاحظه کرد . برای نمونه به نوشتن فرمول شیمیایی آلومینیوم اکسید توجه کنید:

۱) در این اکسید نماد کاتیون +۳Al و نماد آنیون ۲+ o است .

۲) نخست نماد کاتیون و سپس نماد آنیون را می نویسیم ۲-Al+۳ o

۳) کوچکترین مضرب مشترک بارهای این دو یون برابر ۶ = (۳×۲)است . برای داشتن ۶ بار مثبت باید ۲ یون +۳Al و برای ۶ بار منفی باید ۳ یون ۲- o داشته باشیم. از این رو نسبت o -۲ Al+۳ برابر ۲ به ۳ و فرمول شیمیایی این ترکیب به صورت Al۲ o۳ است. 

. 

ساختار بلوری جامدات

از لحاظ ترمودینامیکی پایدارترین الگوهای انباشتگی متعاق به گونه ای است که انرژی آزاد آن در دما و فشار مورد نظر حداقل باشد.ارزیابی انرژی آزاد معمولا مشکل است،اما تجزیه و تحلیل سهم های مر بوط بر حسب اندر کنشهای کولمبی بین یونهاکاملا ممکن می باشد.از آنجائیکه فاکتورهایی که یک ساختمان را بر دیگری مطلوب می کنند نهایتا بایکدیگر متعادل میشوند،بسیاری از جامدات بلوری در فرمهای متفاوت وجود دارندیا اصطلاحا پلی مورف می باشند.پلی مورفیسم خاصیتی از تمام جامدات و نه تنها تر کیبات یونی است.مثالی از این خاصیت ،وجود فازهای سفید وسیاه از فسفر عنصری و فازهای کلسیت و آرگونیت و از کربنات کلسیم است.

تقسیم بندی پیوند ها

نیروهای بین اتم ها را می توان به چهار دسته تقسیم کرد:

1-پیوند کوالانسی:

 زمانی این پیوند ایجاد می شود که اوربیتال لایه ظرفیت در اتم های غیر فلز به گونه ای هم پوشانی کنند که دانسیته الکترون بین اتم ها افزایش یابد (همپوشانی مثبت ) چون این اتم ها جاذبه مشابه یا یکسانی برای الکترونها دارند انتقال الکترون ازیک اتم به اتم دیگر صورت نمی گیرد بلکه الکترونها بین آنها به اشتراک گذاشته می شود . یک پیوند کوالانسی مشتمل بر یک جفت الکترون با اسپین های مخالف است و دو اتم در آن نیز سهیم هستند این نیرو در حقیقت نیروی نگهدارنده بین اتم ها در یک مولکول است.

2-پیوند یونی :

پیوند حاصل از نیروهای جاذبه الکترواستاتیکی (کولمبی ) بین یک فلز و یک غیر فلز است. در پیوند های یونی خالص بین اتم ها اشتراک الکترون وجود ندارد مثلاً در واکنش بین سزیم وفلوئور یک الکترون از یک اتم سزیم به یک اتم فلوئور منتقل می شود و ذرات بارداری به نام یون تولید می شود.

3-پیوند واندروالس:

این پیوند را نیروی پراکندگی لندن می نامند و در مولکولهای فاقد دو قطبی دائمی موجب می شود به صورت مایع درآیند منشاء این نیرو حرکت الکترونها است از واپیچش ابر الکترونی مولکول دو قطبی لحظه ای به وجود می آید و در هر لحظه موقعیت قطبهای مثبت و منفی به دلیل حرکت الکترونها تغییر می کند.

 در نتیجه مولکول در کل فاقد گشتاور دو قطبی است.نیروی لندن شامل جاذبه بین این دو قطبی های لحظه ای است. این نیرو در مولکولهای بزرگ و پیچیده ای که دارای ابر الکترونی بزرگی هستند و به راحتی قطبیده (پلاریزه )می شوند به سرعت افزایش می یابد نیروی اصلی افزایش می یابد نیروی اصلی در آرگون و تتراکلرید کربن جامد همین نیرو است.