یون ها

یون ها

اسلاید 1: به نام خدادرس : شیمیموضوع : یون هاکاری از : امیررضا صدرایی

اسلاید 2: مقدمهنیروهای الکترواستاتیک : همانطور که در فیزیک خواندیم مواد همنام و غیر همنام به هم دیگر نیروهایی وارد میکنند : در مواد همنام یکدیگر را دفع میکنند و در مواد غیر همنام یکدیگر را جذب میکنند. به این نیرو های جاذبه یا دافعه نیرو های الکترواستاتیک می گویند.تعریف یون ها: در ماده معمولی بار مثبت و منفی کاملا برابر است؛بنابراین این اجسام معمولا به وسیله ی نیروهای الکترواستاتیک ، به هم دیگر نیرو وارد نمی کنند. اما یون ها ، اتم ها یا مولکول هایی هستند که تعداد پروتون های دارای بار مثبت و الکترون های دارای بار منفی آنها یکسان نیست.پروتوننوترونالکترونبار مثبتبار نداردبار منفیتعداد بار: ۱/۶۰۲۱* 19 −10 _تعداد بار:۱/۶۰۲۱۷۶۵۶۵* 19 −10

اسلاید 3: مقدار انرژی لازم برای جدا کردن یک الکترون از این اتم در حالت گازی و تبدیل آن به یون مثبت (کاتیون) درحالت گازی را انرژی یونش یا یونیزاسیون می گویند. انرژی یونش یا یونیزاسیون

اسلاید 4: در مورد تاریخچه باید گفت که همواره انسان از نمک که متداولترین ترکیب یونی است استفاده می کرده و تاریخی نمی توان برای آن ذکر کرد اما اینکه چه زمانی نام ترکیبات یونی برای این دست از مواد برگزیده شد، این نامگذاری و نامگذاری دیگر ترکیبات به عنوان کووالانسی و فلزی ... به بعد از نظریه شرودینگر یعنی کمتر از 100 سال قبل برمی گردد که لایه های الکترونی و اوربیتالها و ... برای اتمها تعریف شد .تاریخچهآروین رودولف یوزف آلکساندر شرودینگر

اسلاید 5: ماهیت یونوقتی اتم‌ها به یون تبدیل می‌شوند، خواص آن‌ها شدیداً تغییر می‌کند. مثلاً : یک قطعه سدیم شامل اتم‌ های سدیم نرم است. خواص فلزی دارد و بر آب به شدت اثر می‌کند؛ اما یون های در آب پایدارند.یا مجموعه بزرگی از مولکول‌های کلر، گازی سمّی به رنگ زرد مایل به سبز است، ولی یون های کلرید مواد مرکب رنگ ایجاد نمی‌کنند و سمّی نیستند. به همین لحاظ است که یون های سدیم و کلر را به صورت نمک طعام می‌توان بدون ترس از واکنش شدید روی گوجه فرنگی ریخت.وقتی اتم‌ها به صورت یون در می‌آیند، ماهیت آن‌ها آشکارا تغییر می‌کند.

اسلاید 6: کاتیون و آنیون هانکته: گفتیم که یون ها در اثر تغییر تعداد بارهای مواد خالص به وجود می آیند اما پروتون ها به دلیل نیروی جاذبه هسته به سختی از اتم جدا می شوندو برای جدا شدن به انرژی بسیار زیادی نیاز دارند که معمولا هم این انرژی را به دست نمی آورند و به همین دلیل الکترون ها ، تعیین کننده نوع بار یون ها هستند.پس زمانیکه می گوییم یون دارای بار مثبت است در واقعمنظور برآیند است. برای مثال : یک یون 6 پروتون و 11 الکترون دارد نوع بار را مشخص کنید.پاسخ:با توجه به صورت سوال اتم 5 الکترون اضافی بدست آورده استیعنی علامت بار این اتم منفی است 𝑥 −5

اسلاید 7: کاتیون: یون هایی هستند که الکترون از دست داده اند.بیشتر کاتیونها ، یونهای تک اتمی‌اند که توسط فلزات بوجود می‌آیند. اگر فلز تنها یک نوع کاتیون ایجاد کند، نام یون ، همانند فلز مربوط است. +Na یون سدیم است. یعنی فلز سدیمی که ابتدا بصورت گازی در آمده است و از سدیم یک الکترون با اعمال انرژی یونش گرفته شده است. 2+Mg یون منیزیم است. 3+Al ، یون آلومینیوم است.برخی از فلزات بیش از یک نوع کاتیون بوجود می‌آورند. در اینگونه موارد ، با نشان دادن تعداد بار کاتیونها در نامشان آنها را متمایز می‌کنیم. بار این نوع کاتیونها بصورت ارقام لاتین بعد از نام فارسی عنصر قرار داده می‌شود. +Cu ، یون مس (I) و 2+Cu ، یون مس (II) است. در روشی قدیمی‌تر برای متمایز کردن دو نوع یون بوجود آمده از یک فلز ، پسوندی به نام فلز افزوده می‌شود. در این روش ، هرگاه نماد فلزی از لاتین مشتق شده باشد، از نام لاتین فلز استفاده می‌شود.پسوند - و برای یون دارای بار مثبت کمتر و پسوند - یک برای یون با بار مثبت بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. +Cu ، یون کوپرو و 2+Cu یون کوپریک است. +Fe ، یون فرو و 2+Fe یون فریک است.توجه کنید که در روش بالا تعداد بارها بروشنی بیان نمی‌شود و نیز این روش برای فلزاتی که بیش از دو نوع کاتیون تولید می‌کنند، قابل استفاده نیست.

اسلاید 8: آنیون ها : یون هایی هستند که الکترون به دست آورده اند.آنیونهای تک‌اتمی از اتم فلزات به وجود می‌آیند. نام آنها از طریق حذف بخش آخر نام عنصر و افزودن پسوند - ید به باقیمانده به دست می‌آید. -Cl یون کلرید است. 2-O ، یون اکسید است. 3-N یون نیترید است. اما ، تمام آنیونهایی که نامشان به ید ختم می‌شود تک اتمی نیستند. بلکه معدودی آنیونهای چند اتمی نیز نامشان با این پسوند ختم می‌شود. مثلا -CN یون سیانید است. -OH یون هیدروکسید است. 2-O2 یون پروکسید است.آنیونهای چند اتمی بسیاری شناخته شده‌اند. بعنوان مثال 2-O2 یون پراکسید ، Cr2O7-2 یون کرومات ، SO3-2 یون سولفیت و 3-AsO4 یون آرسنات است.

اسلاید 9: پیوند یونیپیوند یونی نوعی از پیوند شیمیایی است که بر پایه نیروی الکترواستاتیک بین دو یون با بار مخالف شکل می‌گیرد. ترکیبات یونی متشکل از تعداد زیادی آنیون و کاتیون هستند که با طرح معین هندسی در کنار هم قرار گرفته‌اند و یک بلور به وجود می‌آورند. هر بلور، به سبب جاذبه‌های منفی ـ مثبت یون ها به هم، نگهداشته شده است..

اسلاید 10: خصوصیات پیوند یونی الف- پیوند یونی میان دو اتم که اختلاف الکترونی آن‌ها زیاد باشد (1/7 یا بیشتر) برقرار می‌شود.ب- پیوند یونی میان فلزها و نا فلزها انجام می‌شود.ج- در جریان این پیوند اتم‌های فلزی (دارای یک تا سه الکترون در آخرین تراز خود و گاهی اوقات 4 الکترون) با از دست دادن الکترون‌های آخرین تراز اصلی خود به یون مثبت (کاتیون) تبدیل می‌شوند و اغلب به آرایش گاز نجیب قبل از خود می‌رسند و باید دانست که بار کاتیون به تعداد الکترون‌های از دسته می‌گویند.د- اتم‌های نافلزی (دارای چهار تا هفت الکترون در آخرین تراز اصلی خود) با گرفتن الکترون به یون منفی (آنیون) تبدیل می‌شوند و به آرایش گاز نجیب بعد از خود می‌دانست و بار آنیون مساوی تعداد الکترون‌های از دست رفته می‌گویند.س- نیروی ربایش میان یون مثبت و منفی در ترکیب‌های یونی بسیار زیاد است به همین دلیل ترکیب‌های یونی در دمای معمولی جامد هستند و به آن «جامد یونی» می‌گویند.ص- در جامدهای یونی نیروی ربایش میان یون های ناهمنام در سه بعد از فضا گسترش می‌یابد به همین دلیل جامد‌های یونی شکل‌های هندسی منظمی دارند که به آن‌ها «بلور یا شبکه بلور» می‌گویند.ط- در شبکه بلور هر جامد یونی به ساده‌ترین واحد تکراری یک بلور «سلول واحد» می‌گویند به بیان دیگر سلول واحد ساده ‌ترین بخش یک بلور است که تصوری از ساختار سه بعدی همه‌ی شبکه به دست می‌آید.

اسلاید 11: ع- در شبکه بلور جامد‌های یونی و در سلول واحد آن‌ها همواره تعدادی یون با بار همنام یک یون با بار مخالف را احاطه می‌کنند. باید دانست که ممکن است سلول واحد جامد‌های یونی متفاوت از نظر تعداد یون‌های که یون با بار مخالف را احاطه می‌کنند اختلاف داشته باشند. این تفاوت به تفاوت نسبی اندازه کاتیون و آنیون بلورهای مربوط است. ق- در جامد‌های یونی یون های مثبت و منفی به یکدیگر را می‌ربایند به همین دلیل یون‌ها فقط دارای حرکت ارتعاشی در مکان‌های خود هستند به همین دلیل ترکیب‌های یونی در حالت جامد رسانای الکتریسیته نیست ولی در حالت مذاب یا محلول که یون ها آزادی تحرک دارند جریان الکتریسیته را از خود عبور می‌دهند. ل- چون نیروی ربایش میان یون‌های غیرهمنام در جامدهای یونی بسیار قوی است این ترکیب ‌ها دمای ذوب و جوش بالایی دارند.

اسلاید 12: خصلت پیوند یونیهرچه اختلاف الکترونگاتیوی بین اتم‌هایی که با هم پیوند داده‌اند، بیش‌تر باشد؛ پیوند بین دو اتم یونی‌تر می‌شود. مثلاً پیوند بین اتم سدیم و کلر به شکل یک پیوند یونی در نظر گرفته می‌شود زیرا که از جاذبهٔ بین یون‌های سدیم مثبت و کلر منفی -(cl) ایجاد شده‌است. اما پیوند بین هیدروژن و کلر را نمی‌توان پیوند یونی در نظر گرفت؛ یعنی کلر نمی‌تواند از هیدروژن الکترون بگیرد و بین این دو اتم پیوند کووالانسی شکل می‌گیرد از طرفی، هرچه بار کاتیون و اندازه آنیون بیش‌تر شود، امکان جذب ابر الکترونی آنیون به سمت کاتیون بالاتر می‌رود و خصلت یونی پیوند کاهش می‌یابد. همچنین از ویژگی‌های ترکیبات یونی می‌توان به: سخت اما شکننده بودن و شکل گرفتن از شبکه بلوری و در حالت مذاب رسانای الکتریسیته بودن و دمای ذوب و جوش بالا اشاره کرد.

اسلاید 13: نام چند پیوند یونینام ترکیبات یونی ، متشکل از نام کاتیون و پس از آن ، نام آنیون (بصورت لغتی جداگانه) است. Fe2O3: آهن (||) اکسید یا فریک اسید.PbCO3: سرب (II) کربنات یا پلمبوکربنات.NH4)2S)آمونیوم سولفیدMg(NO3)2: منیزیم نیتراتCu(CN)2: مس (||) سیانید یا کوپریک سیانید.Fe2O3PbCO3منیزیم نیترات

اسلاید 14: ترکیب یونی یک ترکیب شیمیایی است که یون‌های مثبت و منفی ذره‌های سازنده آن‌ها هستند. در این ترکیب‌ها هیچ واحد مولکولی مشخصی وجود ندارد. و به‌طور کل اگر بخواهیم به زبان ساده‌تر بگوییم ترکیب یونی ترکیبی است که میان یک فلز و یک نافلز رخ می‌دهد. مثال:ساختار شبکه بلوری ترکیب سدیم کلرید که نمونه ای از یک ترکیب یونی است. در این شکل گوی‌های ارغوانی رنگ نشان دهنده کاتیون‌های سدیم و گوی‌های سبز نشان دهنده آنیون‌های کلرید است.

اسلاید 15: خواص مواد مرکب یونی:رسانایی الکتریکی: رسانایی الکتریکی مواد مرکب یونی مذاب به این علت است که وقتی قطب‌هایی با بار مخالف در این مواد مذاب قرار گیرد و میدان الکتریکی برقرار شود، یون‌ها آزادانه به حرکت در می‌آیند. این حرکت یون‌ها بار یا جریان را از یک جا به جای دیگر منتقل می‌کنند. در جسم جامد که یونها بی‌حرکت‌اند و نمی‌توانند آزادانه حرکت کنند، جسم خاصیت رسانش الکتریکی ندارد.سختی: سختی مواد مرکب یونی به علت پیوند محکم میان یونهای با بار مخالف است. برای پیوندهای قوی انرژی بسیاری لازم است تا یون‌ها از هم جدا شوند و امکان حرکت آزاد حالت مذاب را پیدا کنند. انرژی زیاد به معنی نقطه جوش بالا است که خود از ویژگی‌های مواد مرکب یونی است.شکنندگی: مواد مرکب یونی شکننده‌اند. زیرا که ساختار جامد آن‌ها آرایه منظمی از یونهاست. مثلاً ساختار سدیم کلرید (NaCl) را در نظر بگیرید. هرگاه یک سطح از یونها فقط به فاصله یک یون در هر جهت جابجا شود، یونهایی که بار مشابه دارند در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند و یکدیگر را دفع می‌کنند و چون جاذبه‌ای در کار نیست بلور می‌شکند. سدیم کلرید را نمی‌توان با چکش کاری، به ورقه‌های نازک تبدیل کرد. با چنین عملی بلور نمک خرد و از هم پاشیده می‌شود.

اسلاید 16: یون 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 بار1 + می شوند مثل 𝑁𝑎 + فلزهای گروه دوم ، با از دست دادن دو الکترون تبدیل به کاتیون 2+ می شوند مثل 𝑀𝑔 +2 نافلزهای گروه 61 با گرفتن دو الکترون به آنیونی با بار 2- تبدیل می شوند مثل 𝑜 −2 نافلزهای گروه 71 با گرفتن دو الکترون به آنیونی با بار 1- تبدیل میشوند مثل 𝑐𝑙 − بعضی فلزهای واسطه بدون داشتن آرایش الکترونی گاز نجیب به پایداری می رسند. برخی از این عنصرها می توانند یون هایی با بار متفاوت داشته باشند مثل 𝐹𝑒 −2 و 𝐹𝑒 +2 یا 𝑀𝑛 −3 این یون ها را به ترتیب آهن (||)و یون آهن(|||) یا یون منگنز (||) و یون منگنز (|||) می نامند.

اسلاید 17: یون چند اتمیدر این نوع یون ها که به یون های مولکولی نیز معروف هستند،اتم ها با پیوند های شیمیایی به هم پیوند دارند و کل مولکول بار مشخصی را خواهد داشت.یون های چند اتمی مانندNH4 (آمونیوم و غیره می باشد.)فرمول شیمیایی یک ترکیب از لحاظ الکتریکی خنثی است. خنثی بودن الکتریکی مستلزم آن است که شمار بارهای مثبت و منفی در بلور نمک برابر باشند.هنگام نوشتن فرمول یک ترکیب یونی باید دونکته رعایت شود1.مجموع بار مثبت کاتیون با مجموع بارمنفی آنیون برابر باشد.2. زیروندها کوچکترین اعدادصحیحدر ساختار بلور نمک طعام هر یون سدیم با شش یون کلرید اطراف آن جذب می شود. به همین ترتیب هر یون کلرید توسط شش یون سدیم اطراف آن جذب می شود در ساختارهای یونی هیچ واحد مجزایی به شکل ملکول وجود ندارد، یعنی هیچ یون خاصی وجود ندارد که منحصرا به یک یون دیگر بپیوندد.