اجسام یونی

اگر چه اکثر اجسام مولکولی هستند، ولی بقیه از یونها تشکیل شده اند. یک یون یک ذره باردار است که از یک اتم یا گروهی از اتمهای متصل شده شیمیایی با اضافه شدن یا حذف الکترون بدست آمده است. سدیم کلرید جسم ساخته شده از یونها است.

گر چه اتمهای مجزا بطور عادی الکتریکی خنثی هستند و بنابراین تعداد مساوی از بارهای مثبت و منفی دارند، در موقع تشکیل ترکیبات معین اتمها می توانند یون بشوند. اتمهای فلزات تمایل بدست دادن الکترونها دارند، در حالیکه نا فلزات تمایل به گرفتن الکترون را دارند. وقتی یک اتم فلز نظیر سدیم و یک اتم نافلز نظیر کلر به یکدیگر نزدیک می شوند، یک الکترون می توانداز اتم فلز به اتم نا فلز برای تشکیل یونها منتقل می شود.

یک اتم که یک الکترون بیرونی را می گیرد یک یون با بار منفی می شود، که آنیون نامیده می شود. یک اتم که یک الکترون را می دهد یک یون با بار مثبت می شود، که کاتیون نامیده می شود. بطور مثال، اتم سدیم برای تشکیل کاتیون سدیم (Na⁺) می تواند یک الکترون بدهد. یک اتم کلر برای تشکیل آنیون کلرید (^-Cl) می تواند یک الکترون بگیرد. یک اتم کلسیم می تواند برای تشکیل کاتیون کلسیم Ca²⁺ دو الکترون بدهد. توجه شود که دو بار مثبت روی یون با بالا نویس +2 نشان داده شده است.

بعضی از یونها دو یا چند اتم متصل شده شیمیایی دارند اما دارای زیادی یا کمبود الکترون هستند، در نتیجه واحد بار الکتریکی دارد. یک مثال، یون سولفات، SO₄^2- است. بالا نویس -2 دو الکترون اضافی را روی گروه اتمها را نشان می دهد.

یک ترکیب یونی ترکیب تشکیل شده از کاتیونها و آنیونها است. سدیم کلرید تعداد مساوی از یونهای، Na⁺، و یونهای کلرید، ^-Cl، را دارد. نیروی جاذبه بین بارهای منفی و مثبت یونها را باهم با ارایش منظم در فضا کنار هم نگه می دارد. برای مثال، در سدیم کلرید، هر یون Na⁺، با شش یون ^–Cl و هر یون ^–Cl با شش یون Na⁺، احاطه شده است. نتیجه، یک بلور است، که نوعی جامد دارای آرایش سه بعدی منظم از اتمها، مولکولها، یا (در مورد سدیم کلرید) یونها است. شکل 1 بلورهای سدیم کلرید و دو نوع مدل استفاده شده برای نشان دادن آرایش یونها در بلور را نشان می دهد. تعداد یونها در بلور سدیم منحصر بفرد اندازه بلور را تعیین می کند.

فرمول ترکیب یونی با مشخص کردن کوچکترین عدد صحیح ممکن یونهای مختلف در جسم ، با حذف بار یونها است، بنابراین فرمولها فقط اتمهای موجود را نشان می دهد. برای مثال، سدیم کلرید تعداد مساوی از یونهای Na⁺  و ^–Cl را دارد. فرمول NaCl (نه ^–Cl Na⁺ ) نوشته می شود. آهن(III) سولفات ترکیبی است از یونهای آهن(III)،⁺Fe³، و یونهای سولفات، SO₄^2-، به نسبت 2:3 است. فرمول به صورت Fe₂(SO₄)₃ است، که پرانتزها فرمول یک ترکیب یونی بیش از یک اتم (بعلاوه بار یونها حذف شده است) را در برمی گیرد؛ پرانتزها فقط وقتی که دو یا چند تا یون این چنینی وجود دارد نیاز است.

 

 

 

شکل

بلور سدیم کلرید

چپ: تصاویر نشان دهنده بلورهای سدیم کلرید. وسط: مدل بخشی از بلور با آرایش منظم یونهای سدیم و یونهای کلرید. هر یون سدیم با شش یون کلرید، و هر یون کلرید با شش یون سدیم احاطه شده است. راست: مدل مشخصی از آرایش یونهای سدیم و کلرید در بلور سدیم کلرید جامد

گر چه اجسام یونی مولکول ندارند، ما می توانیم ما از کوچکترین واحد چنین جسمی صحبت بکنیم. واحد فرمولی یک جسم گروهی از اتمها یا یونها که بطور روشنی در فرمول نمادینه شده است. برای مثال، واحد فرمولی آب، H₂O، مولکول H₂O است. واحد فرمولی آهن(III) سولفات، Fe₂(SO₄)₃ شامل دو یون ⁺Fe³ و سه یون SO₄^2- می شود. واحد فرمولی کوچکترین واحد چنین جسمی است.

 

 

همه اجسام، شامل ترکیبات یونی، از نظر الکتریکی خنثی هستند. شما از این واقعیت می توانید برای بدست آوردن فرمول ترکیب یونی، با توجه به فرمول یونها را بدست آورید. در مثال ذیل این مطلب نشان داده شده است.

 

http://khaneashimiardabil.ir

 

اجسام مولکولی

مولکول گروه معلومی از اتمها هستند که بطور شیمیایی باهم پیوند خورده اند-که بطور محکمی با نیروهای جاذبه متصل  شده اند.  یک جسم مولکولی جسمی است که از مولکولها تشکیل شده است که همه مولکولها یکسان هستند. مولکولها در چنین جسمی خیلی کوچک هستند که حتی نمونه های خیلی کوچک حاوی تعداد زیادی از مولکولها هستند. یرای مثال، یک میلیاردم (^9-10) از یک قطره آب، حدود 2 تریلیون (10¹² ×2) مولکول آب دارد.

فرمول مولکولی تعداد دقیق اتمهای متعدد یک عنصر را در مولکول می دهد. مولکول هیدروژن پراکسید دو اتم هیدروژن و دو اتم اکسیژن با پیوند شیمیایی دارد. بنابراین، فرمول مولکولیش H₂O₂ است. سایر اجسام مولکولی ساده آب، H₂O؛ آمونیاک، NH₃؛ کربن دی اکسید، CO₂، و اتانول (اتیل الکل)، C₂H₆O هستند. 

اتمها در مولکول به صورت توده ساده ای تصادفی قرار نگرفته اند. بلکه، اتمها با روش معلومی به صورت شیمیایی پیوند خورده اند. فرمول ساختاری یک فرمول شیمیایی است که نشان می دهد چگونه اتمها به همدیگر در مولکول متصل شده اند. برای مثال، معلوم شده است که هر اتم هیدروژن در مولکول آب به اتم اکسیژن متصل شده اند. بدین ترتیب، فرمول ساختاری                 آب H-O-H است. یک خط متصل کننده دو نماد اتمی در چنین فرمولی پیوند شیمیایی متصل کننده اتمها را نشان می دهد.

شکل 1 تعدادی فرمولهای ساختاری را نشان می دهد. فرمولهای ساختاری بعضی وقتها در نوشتن خلاصه شده اند. برای مثال، فرمول ساختاری اتانول ممکن است CH₃CH₂OH یا C₂H₅OH، بستگی به جزئیاتی که شما می خواهید، نوشته شود.

شکل 1

مثالهای فرمول مولکولی و ساختاری، مدلهای مولکولی، و نقشه های پتانسیل الکترواستاتیک

سه مولکول آب، آمونیاک، و اتانول نشان داده شده اند. نمایش نقشه پتانسیل الکترواستاتیک در انتهای شکل، توزیع الکترونها را در مولکول با طیف رنگی نشان می دهد. گستره رنگ از قرمز (دانسیته الکترون نسبتا بالا) به آبی (دانسیته الکترون نسبتا پایین) است.

 

 

نه تنها اتمها در مولکول با یک روش معلوم متصل شده اند بلکه آرایش فضایی معین را به خوبی نشان می دهند. اغلب شیمیدانها مدل های مولکولی را برای کمک به تجسم شکل و اندازه مولکولها ایجاد می کنند. شکل 1 مدلهای مولکولی ترکیبات متعدد را نشان می دهد. در حالیکه، نوع گوی-میله مدل پیوندها و زوایای پیوندی را به وضوح نشان می دهد، نوع فضا-پر کن حس خیلی واقعی فضای اشغال شده با اتمها را می دهد. همچنین شیمیدانها از مدلهای رایانه ای مولکولها، که در شکلهای مختلف قابل تولید هستند، استفاده می کنند.

برخی عناصر اجسام مولکولی هستند و با فرمول های مولکولی نشان داده شده اند. برای مثال، کلر، جسم مولکولی هستند و فرمول Cl₂ دارد، هر مولکول از دو اتم کلر متصل شده بهم تشکیل شده است. گوگرد شامل مولکولهای ترکیب شده از هشت اتم با فرمول مولکولی S₈ است. هلیم و نئون از اتمهای جدا تشکیل شده اند؛ که فرمولشان به ترتیب He و Ne هستند. سایر عناصر نظیر، نظیر کربن (در شکل گرافیت یا الماس) ساختار مولکولی ساده ندارند ولی تعداد خیلی زیاد نامعین اتم متصل بهم دارند. این عناصر، با نماد اتمیشان به سادگی نشان داده شده اند. (یک استثنا مهم شکل کربن بنام فولرن است، که در 1985 کشف شده بود و فرمول مولکولی ₆₀C دارد.) مدلهای برخی اجسام عنصری در شکل 2.نشان داده شده اند.

 

 

 

 

 

 

شکل 2. مدلهای مولکولی برخی اجسام عنصری

                                                  از چپ به راست : کلر، Cl₂؛ فسفر سفید، P₄؛ و گوگرد،  .S₈   

 

 

یک طبقه مهم از اجسام مولکولی پلیمرها هستند. پلیمرها مولکولهای خیلی بزرگی هستند که از تعدادی مولکولهای کوچکتر تکراری متصل بهم تشکیل شده اند. منومرها مولکولهای کوچک هستند که به شکل پلیمر بهم متصل شده اند. یک قیاس خوب برای تشکیل پلیمرها از منومرها ساخته شدن زنجیر کلیپهای کاغذی است. شما جعبه های کلیپهای کاغذی قرمز، آبی، و زرد دارید. هر کلیپ کاغذی یک منومر را نشان می دهد. شما می توانید یک زنجیر بزرگ از کلیپهای کاغذی را که نشان دهنده پلیمر هستند با الگوهای گوناگون و واحدهای تکراری بسازید. یک زنجیر می تواند یک الگو از تکرار دو قرمز، سه زرد، و یک آبی باشد. زنجیر دیگر می تواند فقط شامل کلیپهای کاغذی آبی باشد. همانند کلیپهای کاغذی، تولید یک یک پلیمر خاص در آزمایشگاه هم شامل کنترل منومرهایی متصل شونده و هم شامل کنترل الگوی اتصال می شود.

پلیمر ها هم طبیعی و هم سنتزی هستند. بطریهای پلاستیک سخت لیموناد اتصال شیمیایی دو منومر مختلف در یک الگوی متناوب است. پشم و ابریشم پلیمر های طبیعی از آمینو اسیدها با پیوندهای پپتیدی است. نایلون برای پارچه ها، کولار برای لباسهای ضد گلوله پیوند CONH را دارد. همچنین پلاستیک ها و لاستیک ها پلیمرهایی هستند که از منومرهای دارای کربن و هیدروژن ساخته شده اند. 

حتی تفلون که پوشش وسایل آشپزی است پلیمری از نتیجه اتصال منومر CF₂CF₂ است.

http://khaneashimiardabil.ir