5: الکترونها و پیوند ظرفیت
- Page ID
- 215835
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\dsum}{\displaystyle\sum\limits} \)
\( \newcommand{\dint}{\displaystyle\int\limits} \)
\( \newcommand{\dlim}{\displaystyle\lim\limits} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\(\newcommand{\longvect}{\overrightarrow}\)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)الکترونهای والانس الکترونهای پوسته بیرونی با یک اتم هستند و میتوانند در تشکیل پیوندهای شیمیایی شرکت کنند. در پیوندهای تک کووالانسی، به طور معمول هر دو اتم در پیوند به یک الکترون ظرفیت کمک می کنند تا یک جفت مشترک تشکیل دهند.
- 5.1: مدل های اتمی قرن بیستم
- در سال ۱۹۱۳ فیزیکدان دانمارکی نیلز بور مدلی از ابر الکترونی یک اتم را پیشنهاد کرد که در آن الکترونها به دور هسته میچرخند و قادر به تولید طیفهای اتمی بودند. درک مدل بور نیاز به دانش تابش الکترومغناطیسی دارد
- 5.2: درک طیف های اتمی
- حالت پایه یک اتم، پایینترین حالت انرژی اتم است. هنگامی که این اتم ها انرژی داده می شوند، الکترون ها انرژی را جذب می کنند و به سطح انرژی بالاتر حرکت می کنند. حالت برانگیخته یک اتم حالتی است که انرژی پتانسیل آن بالاتر از حالت پایه باشد. هنگامی که به حالت پایه باز می گردد، انرژی را که قبلاً به دست آورده بود اغلب به شکل تابش الکترومغناطیسی آزاد می کند (اگرچه می تواند از طریق گرما آزاد شود).
- 5.3: کاربردهای طیف سنجی اتمی
- شیمیدانان از اسپکتروفتومترهای اتمی برای تعیین شناسایی و/یا غلظت یک گونه فلزی استفاده می کنند. نمونه ها قبل از قرار دادن در آنالایزر باید به صورت مایع باشند. به منظور انجام این کار، یک شیمیدان از اسیدهای خاصی (نیتریک یا هیدروکلریک) برای استخراج جزء فلزی یک نمونه استفاده می کند. این فرآیند هضم نامیده می شود و بر تجزیه و تحلیل نمونه تاثیر نمی گذارد.
- 5.4: پیش بینی اتهامات یون
- اکثر اتم ها هشت الکترون در لایه الکترون ظرفیت خود ندارند. برخی از اتم ها تنها چند الکترون در پوسته بیرونی خود دارند، در حالی که برخی از اتم ها تنها یک یا دو الکترون ندارند تا یک اکتت داشته باشند. در مواردی که یک اتم دارای سه الکترون ظرفیت یا کمتر باشد، اتم ممکن است آن الکترون های ظرفیت را به راحتی از دست بدهد تا زمانی که آنچه باقی می ماند یک لایه پایین تر است که حاوی یک اکتت است.
- 5.5: نقطه لوئیس و پیوند
- چرا برخی از مواد مولکول های پیوند شیمیایی و برخی دیگر ارتباط یون ها هستند؟ پاسخ به این سوال بستگی به ساختار الکترونی اتم ها و ماهیت نیروهای شیمیایی درون ترکیبات دارد. اگرچه هیچ مرز مشخصی وجود ندارد، پیوندهای شیمیایی به طور معمول به سه نوع اصلی طبقه بندی می شوند: پیوندهای یونی، پیوندهای کووالانسی و پیوندهای فلزی.
- 5.6: نوشتن فرمول یونی
- تاکنون در مورد عناصر و ترکیباتی که از نظر الکتریکی خنثی هستند بحث کردیم. آنها همان تعداد الکترون ها را به عنوان پروتون دارند، بنابراین بارهای منفی الکترون ها با بارهای مثبت پروتون ها متعادل می شود. با این حال، این همیشه مورد نیست. الکترون ها می توانند از یک اتم به اتم دیگر حرکت کنند. هنگامی که آنها انجام می دهند، گونه هایی با بار الکتریکی کلی تشکیل می شوند. چنین گونه هایی یون ها نامیده می شوند.
- 5.7: کاربردها و حلالیت ترکیبات یونی
- در تعیین اینکه آیا یک ترکیب کلر غیر آلی محلول خواهد بود، شیمیدانان به یک جدول حلالیت مراجعه می کنند. حلالیت را می توان با دستکاری دما تغییر داد. به طور معمول، بسیاری از ترکیبات نامحلول را می توان در دماهای بالاتر حل کرد.
- 5.8: پیوند کووالانسی و نوشتن فرمول
- در پیوند یونی، الکترونها از یک اتم به اتم دیگر منتقل میشوند به طوری که هر دو اتم یک پوسته الکترونی بیرونی با انرژی پایدار داشته باشند. از آنجا که بیشتر پوستههای الکترونی پر شده هشت الکترون در خود دارند، شیمیدانها این تمایل را قانون هشتگانه نامیدند. با این حال، راه دیگری وجود دارد که یک اتم می تواند به یک پوسته ظرفیت کامل دست یابد: اتم ها می توانند الکترون ها را به اشتراک بگذارند. این نوع پیوند یک پیوند کووالانسی خواهد بود.
- 5.9: رادیکال های آزاد و محیط زیست
- اکثر مولکول ها یا یون های پیچیده مورد بحث در دوره های شیمی عمومی نشان داده شده است که دارای جفت الکترون هستند. با این حال، چند مولکول پایدار وجود دارد که حاوی تعداد عجیب الکترون هستند. این مولکولها که «رادیکالهای آزاد» نامیده میشوند، حاوی حداقل یک الکترون جفت نشده هستند که نقض آشکار قانون هشتگانه است. رادیکال های آزاد نقش های مهمی در طیف گسترده ای از زمینه های شیمی کاربردی، از جمله زیست شناسی، پزشکی و شیمی محیط زیست ایفا می کنند.
- 5.10: رادیکال های آزاد و سلامت
- رادیکال های آزاد می توانند توسط تعدادی از فرآیندها تولید شوند. به عنوان مثال، احتراق هر ماده ای رادیکال های آزاد OH (نه هیدروکسید) تولید می کند. پس از استنشاق، OH می تواند وارد بدن شود و سلول ها را تحت تاثیر قرار دهد. قرار گرفتن در معرض رادیکال های آزاد با سرطان، پیری و تعدادی از بیماری های خود ایمنی مرتبط است.
- 5.11: کاربردها و حلالیت ترکیبات کووالانسی
- ترکیبات را می توان به عنوان قطبی بودن در غیر قطبی طبقه بندی کرد. گونههای قطبی در آب محلول هستند، در حالی که گونههای غیرقطبی در روغنها محلول هستند. حلالیت کووالانسی از موارد مشابه مانند قانون حل می شود. این بدان معنی است که مواد با همان نوع قطبیت در یکدیگر محلول خواهند بود. علاوه بر این، ترکیبات با قطب های مختلف در یکدیگر نامحلول خواهند بود.
- ۵٫۱۲: اسیدها و بازهای آرنیوس
- اسیدها در برخی از غذاهایی که می خوریم بسیار رایج هستند. مرکبات مانند پرتقال و لیمو حاوی اسید سیتریک و اسید اسکوربیک هستند که بیشتر به عنوان ویتامین C شناخته می شوند (شکل زیر را ببینید). نوشابه های گازدار حاوی اسید فسفریک هستند. سرکه حاوی اسید استیک است. معده شما از اسید هیدروکلریک برای هضم غذا استفاده می کند. پایه ها به عنوان مواد غذایی کمتر رایج هستند، اما با این وجود در بسیاری از محصولات خانگی وجود دارد.
- 5.E: الکترونها و پیوند ظرفیت (تمرینات)
- اینها تمرینات مشق شب برای همراهی با فصل 4 LibreText دانشگاه فورمن برای CHE 101 - شیمی و آگاهی جهانی است.