عنصرهای ١١٢ تا ١١٨ جدول تناوبی

Transcript

1 از النتانیدها در المپ تصویر تلویزیونهای رنگی همچننی سوزاندن سموم ناشی از راکتورهای هستهای استفاده میشود. ردیف دوم از عنصرهای دستۀ f اکتینیدها نام دارند که از 89 Ac آغاز و به ١٠2No ختم میشوند و ویژگیهایی شبیه 89 Ac دارند. در این ردیف ١4 عنصری تنها چهار عنصر نخست )اکتینیم تورمی پروتاکتینیم و اورانیم( در طبیعت یافت میشوند. از عنصر پنجم به بعد )عنصرهای ترانساورانیم( همگی پرتوزا بوده و مصنوعی تهیه میشوند. نیمه عمر عنصرهای اکتینیدی اغلب از یک میلیثانیه کمتر است. این شواهد و ویژگیها بیانگر آن است که آرایش هسته در این عنصرها اهمیت بیشتری از آرایش الکترونی دارد. توجه کنید: النتانیدها و اکتینیدها را منی توان در یک گروه معنی و جزء گروه های ١8 گانۀ جدول جای داد بلکه آنها عنصرهای دستۀ f را تشکیل می دهند. 277 عنصرهای ١١٢ تا ١١٨ جدول تناوبی عنصر شماره ١١١ نخستنی بار در 8 دسامبر ١994 در دارمشتات آملان ساخته شد. از مبباران امتی 2٠9 Bi با 64 Ni در یک شتابدهندۀ خطی تنها سه امت از آن ساخته شد و هر سۀ آنها 272 U uu بودند. نام پیشنی این عنصر رونتگنیم Rg( ) ١١١ و نام امروزی آن یونونیونیم ( uu ) ١١١ U است. میدانید که رونتگن فیزیکدان آملانی و کاشف پرتو X است و نام جدید آن در سال 2004 توسط IUPAC انتخاب شد. : ١١٢ Uub کوپرنیسیم ( Cp ) 112 توسط پروفسور هافمن و گروه حتقیقاتی او با پرتاب امتهای باردار روی به سوی یک هدف سربی با یک شتابدهنده بهدست آمد که به افتخار کوپرنیک ستارهشناس نامدار لهستانی کوپرنیسیم نام گرفته بود و امروزه آنآنبیم نام دارد. : ١١3 Uut آنآنترمی نام موقتی آن است که نخستنی بار از واپاشی آن آن پنتیم بهدست آمد و تاکنون تنها 8 امت از این عنصر فلزی دیده شده است. : ١١4 Uuq آنآنکادمی نام موقت آن است که از پرتاب هستههای کلسیم به امتهای پلونیم بهدست آمده است. 288 Uup و 287 Uup : آن آن پنتیم نام موقت آن است که از آن دو ایزوتوپ ١١5 Uup شناخته شده است. 121

2 : ١١6 Uuh آن آن هگزمی از برخورد هستههای کلسیم به امتهای کورمی پدید آمده و دارای چهار ایزوتوپ 292 Uuh 29١ Uuh 290 Uuh و 293 Uuh میباشد. : ١١7 Uus آن آن سپتیم سال گذشته کشف شد و هنوز رسما در جدول نیامده است. : ١١٨ Uuo آن آن اکتیم با نام ا کا رادون گاز جنیب این دوره بوده که سنگنیترین عنصر کشف شده است. در سال 2٠٠2 تنها ایزوتوپ 294 Uuo کشف شد. خواص مغناطیسی منکها اندازهگیری خواص مغناطیسی اطالعات مفیدی دربارۀ پیوندهای شیمیایی ماده به ما میدهد. این اطالعات باعث گسترش روزافزون کاربرد این منکها شده است. اسپنی الکترون دربردارندۀ خواص مغناطیسی آن است. بر این پایه الکترون گشتاور مغناطیسی دارد. هنگامی که همۀ الکترونهای یک امت یا یون در مادهای جفت میشوند گشتاورهای مغناطیسی الکترونها بهگونهای مؤثر یکدیگر را خنثی میکنند و یک مادۀ دیامغناطیس پدید میآورند. چننی مادهای هنگامی که در یک میدان مغناطیسی قرار گیرد منحرف منیشود. بسیاری از منکهای قلیایی قلیایی خاکی و برخی ترکیبهای دیگر که از قاعدۀ هشتایی پیروی میکنند و یا همۀ الکترونها در ساختار آنها جفت شدهاند دیامغناطیساند. اگر در مادهای یک امت یا یون دارای یک یا چند الکترون تک )جفت نشده( باشد آن ماده پارامغناطیس است. در جامدهای پارامغناطیس الکترونهای زوج نشدۀ امتها حتت تأثیر الکترونهای امتها یا یونهای مجاور قرار منیگیرند. گشتاور مغناطیسی امتها یا یونهای جدا از هم )شکل 34( جهتگیری تصادفی دارند. اما هنگامی که در یک میدان مغناطیسی قرار میگیرند گشتاورهای مغناطیسی تقریبا همجهت شده و یک برهمکنش جاذبهای خالص با آهنربا ایجاد میکنند. به همنی دلیل مادۀ پارامغناطیس به درون میدان مغناطیسی کشیده میشود. بسیاری از منکهای فلزهای واسطۀ 3d )به جز منکهای +2 )Sc +3 Cu + Zn و نیز برخی گونههای دیگر مانند NO 2 O 2 و پارامغناطیس هستند. با رفتار مغناطیسی آهنرباهای آهنی ساده شکل بسیار قویتر نیروی مغناطیسی به نام فرومغناطیس آشنا هستید )شکل 33(. فرومغناطیس نشأت گرفته از الکترونهای جفت نشدۀ امتها یا یونهای یک جامد است که از جهتگیری الکترونهای مجاور خود تأثیرپذیری ندارند. پایدارترین )کمانرژیترین( آرایش به دلیل همسوشدن اسپنی الکترونهای امتها یا یونهای مجاور 122

3 است. هنگامی که یک جامد فرومغناطیس در یک میدان مغناطیسی قرار میگیرد الکترونها آمادگی دارند که به شدت با میدان مغناطیسی همجهت شوند. جاذبه برای میدان مغناطیسی حاصل ممکن است یک میلیون بار قویتر از جاذبه برای یک مادۀ پارامغناطیس ساده باشد. اگر میدان مغناطیسی بیرونی حذف شود بر همکنشهای میان الکترونها موجب میشود که جامد در کل گشتاور مغناطیسی را حفظ کند. به همنی دلیل به آنها آهنربای دائمی میگویند. رایجترین منونههای فرومغناطیسی عنصرهای Co Fe و Ni بوده که بسیاری از آلیاژهای آنها در مقایسه با خود فلزها نیروی فرومغناطیس بزرگتری نشان میدهند. برخی اکسید این فلزها مانند Fe 3 O 4 فرومغناطیساند. برخی اکسیدهای فرومغناطیس در نوار ضبط و دیسکهای رایانهای بهکار میروند. فرومغناطیس پارامغناطیس دیامغناطیس شکل 33. منونهای از خاصیت مغناطیسی آهن شکل 34. انواع رفتار مغناطیسی هیدروژن هیدروژن در هیچ یک از گروههای جدول تناوبی بهخوبی جای منیگیرد. امت هیدروژن تنها یک الکترون ظرفیت دارد و شاید به گروه نخست )فلزهای قلیایی( شبیه باشد! اما عنصرهای این گروه فلزند و هیدروژن نافلز است. از سوی دیگر عنصرهای گروه ١7 یک الکترون کمتر از آرایش گاز جنیب دارند پس شاید هیدروژن به آنها شبیه است! ولی هیدروژن ویژگیهای شیمیایی شبیه به آنها نداشته و اندازۀ آن بسیار کوچک میباشد. امکان سوم جایدادن در باالی گروه ١4 است )چرا (. چون در امت هیدروژن ( ١ H:١s ( ١ الیۀ ظرفیت )١=n( نیمه پر است میتوان آن را همانند امت کربن دانست که الیۀ ظرفیت )2=n( آن نیز نیمهپر است. زیرا در امت کربن الیۀ 123

4 2=n گنجایش هشت الکترون دارد اما این الیه دارای چهار الکترون است. 1 6 H: He : C: Ne : ولی خواص شیمیایی هیدروژن شباهتی به عنصرهای گروه ١4 ندارد. بر همنی پایه آن را خانوادهای تکعنصری میدانیم. امتهای هیدروژن نزدیک به ١5% امتهای موجود در پوسته آبها و جو زمنی را تشکیل داده ولی بر پایۀ جرم کمتر از ١% آنها را در بر میگیرد. منبع اصلی هیدروژن در طبیعت آب است. این عنصر در طبیعت به حالت آزاد یافت نشده و به اندازۀ ناچیزی تنها در گازهای آتشفشان وجود دارد. هیدروژن گازی بیرنگ بی بو و بیمزه است که کمترین چگالی را در میان مواد شیمیایی دارد )جرم یک لیتر از آن در شرایط STP برابر با 0/0899 g است(. مولکولهای دوامتی آن ( 2 H( ناقطبی است و نیروهای جاذبۀ ضعیفی میان آنها وجود دارد )دمای جوش نرمال آن 252/7- C و دمای ذوب نرمال آن C ١/259 - است(. این گاز در آب انحاللپذیری ناچیزی دارد )در دما و فشار اتاق نزدیک به 2mL از آن در یک لیتر آب حل میشود(. هالوژنها )عنصرهای گروه ١7( واژۀ هالوژن همارز با منکزا )منکساز( است. ترکیبهای گوناگون آنها از دوران باستان کاربرد داشته که شاید نخستنی مورد آن استفاده از سنگ منک یا منک دریا )NaCl( برای نگهداری غذا و مزهدادن به آن باشد. جداسازی و بررسی عنصرهای طبیعی این گروه در همنی اواخر صورت پذیرفت. کلر برای نخستنی بار در سال ١63٠ توسط جی. بی. وان هلمونت بهصورت گاز شناسایی شد ( هیدروکلریک اسید را کیمیاگران نزدیک به 9٠٠ سال پیش تهیه کرده بودند(. پس از آن ی د را کورتویز در سال ١8١١ از تصعید فراوردۀ واکنش سولفوریکاسید با خاکستر جلبک بهدست آورد. ا ی باالرد در سال ١826 برم را از واکنش کلر با MgBr 2 )از آبهای شور باتالقها( تهیه کرد. اگرچه از اواخر سدۀ هفدهم هیدروفلوئوریکاسید برای حکاکی روی شیشه بهکار میرفت ولی فلوئور عنصری بود که در سال ١886 اچ. مویسان اندکی از این گاز بسیار واکنشپذیر را از 124

5 برقکافت KHF 2 در HF بدون آب به دست آورد. استاتنی At( ) 85 یکی از آخرین عنصرهای با عدد امتی کمتر از اورانیم است که نخستنی بار در سال ١94٠ توسط دی. آر. کورسون و کی.آر. مکنزی به همراه ای. سگری از مبباران 2٠9 Bi با ذره های آلفا تهیه شد. الکترونگاتیوی خواص امتی: به آرایش np 5 ns 2 ختم میشوند و تنها به یک الکترون برای کاملشدن الیۀ ظرفیت نیاز دارند. بههمنی دلیل عدد اکسایش ١ برای آنها رایج است. بهجز فلوئور دیگر عنصرها در ترکیب عددهای اکسایش فرد از ١- تا 7+ دارند. در این گروه از باال به پاینی شعاع امتی و یونی افزایش و الکترونگاتیوی و انرژی یونش کاهش مییابد. عدد امتی راهنما مناد جرم امتی آرایش الکترونهای ظرفیت حالتهای اکسایش متداول انرژی نخستنی یونش ( -١ mol )kj. چگالی مایع ( -١ (g.ml خواص فیزیکی: در عنصرهای پاینیتر این گروه دمای ذوب و جوش به دلیل قویتر شدن نیروهای پراکندگی میان مولکولهای بزرگتر افزایش چشمگیری مییابد. چگالی عنصرهای مایع و جامد در دمای ثابت با افزایش جرم مولی افزایش مییابد. دما C( ) شکل 35. برخی خواص فیزیکی و شیمیایی هالوژن ها همۀ ایزوتوپهای استاتنی پرتوزاست و بررسی شیمی این عنصر در شرایط دشواری اجنام شده است. هالوژنها در حالت آزاد مولکولهای دو امتی دارند و به آسانی به یونهای هالید تبدیل میشوند. همچننی با هیدروژن ترکیب میشوند و گازهای هیدروژن هالید پدید میآورند و به جز HF همگی در آب محلول اسید قوی میسازند. هالوژنها واکنشپذیرترین نافلزهای جدول هستند که به حالت آزاد بسیار سمیاند. این عنصرها به جز فلوئور که تنها عدد اکسایش ١- در ترکیبهای خود دارد میتوانند عدد اکسایش ١-١ و 7+ در ترکیبهای خود داشته باشند. )g( F 2 زرد کمرنگ 125

6 و )g( Cl 2 زرد مایل به سبز است که خاصیت رنگبری دارد. )l( Br 2 مایع قرمز قهوه ای و )s( I 2 خاکستری است. ی د به آسانی به بخار ارغوانی تصعید می شود. برم مایع نیز به آسانی تبخیر شده به بخارهای قهوه ای رنگ تبدیل می شود. فلوئور در کانی های فلوئورسپار ( 2 )CaF کریولیت ( 6 )Na 3 AlF و فلوئور آپاتیت F[ ]Ca 5 )PO 4 ( 3 وجود دارد و تنها فلوئورسپار منبع جتاری مهم فلوئور در صنایع شیمیایی است. در صنعت )g( F 2 را از برقکافت KF در HF به دست می آورند. HF مایع و خالص رسانای برق نیست ولی با حل کردن KF در آن _ HF پدید می آیند که رسانایی ویژه ای برای برقکافت دارند. یون های + K و 2 )g( Cl 2 را نیز از برقکافت محلول آبی غلیظ سدمی کلرید به دست می آورند که افزون بر آن گاز هیدروژن و محلول سود سوز آور نیز به دست می آید. این گاز هنگام برقکافت کلرید مذاب فلزهای فعال مانند NaCl)l( MgCl 2 )l( و به عنوان فراوردۀ فرعی نیز به دست می آید. برم را از وارد کردن یون های )aq( Cl - به آب دریا تهیه می کنند در حالی که ید را از یدات موجود در آب شور چاه های نفت به کمک سدمی بی سولفیت تهیه می کنند. گازهای جنیب )عنصرهای گروه ١٨( عنصرهای این گروه تا مدت ها گازهای»بی اثر«یا»نادر«نامیده می شدند ولی دیگر این نام گذاری درست نیست! اکنون عنصرهای این گروه فعالیت شیمیایی ویژه و نسبتا محدود دارند. این گازها Ne( Xe Kr Ar و )Rn در هوا وجود دارند و از فراورده های جانبی تقطیر هوای مایع می باشند. درصد هلیم در ذخایر معینی از گاز طبیعی باالتر از هواست. جزء به جزء هلیم دومنی عنصر فراوان جهان و آرگون سومنی عنصر در هوای خشک است. ترکیب هوای خشک گاز در صد حجمی 78/٠3 2٠/99 ٠/93 ٠/٠3 ٠/٠٠١5 ٠/٠٠١٠ ٠/٠٠٠5 ٠/٠٠٠١ ٠/٠٠٠٠٠8 بسیار ناچیز N 2 O 2 Ar CO 2 Ne H 2 He Kr Xe Rn 126

7 الکترونگاتیوی خواص امتی: بهجز He که آرایش الکترونی ١s 2 دارد آرایش الکترونی دیگر امتها به ns 2 np 6 ختم میشود. از Xe Kr و Rn ترکیبهایی شناخته شده است. Xe با واکنشپذیری بیشتر در ترکیبها با عدد اکسایش 2+ تا 8+ یافت شده است. این گروه دارای عنصرهایی با بیشترین IE ١ در هر دوره است. از باال به پاینی با افزایش عدد امتی شعاع افزایش و IE کاهش مییابد. عدد امتی راهنما مناد جرم امتی آرایش الکترونهای ظرفیت حالتهای اکسایش متداول انرژی نخستنی یونش ( -١ mol )kj. چگالی در ( STP -١ (g.l خواص فیزیکی: دمای ذوب و جوش بسیار پاینی عنصرهای این گروه نشاندهندۀ نیروهای جاذبه بسیار ضعیف میان ذرههای آنهاست. از باال به پاینی با این که نیروهای پراکندگی قویتر میشود ولی در گسترۀ دمایی کمی به حالت مایع هستند. از باال به پاینی چگالی آنها نیز افزایش مییابد. دما C( ) شکل 36. برخی خواص فیزیکی و شیمیایی گازهای جنیب نخستنی بار هنری کاوندیش در سال ١766 هنگام آزمایش روی هوا توانست با حذف نیتروژن )هوای فلوژیسته شده( گازاکسیژن و گازکربندیاکسید )با روشهای شیمیایی( مقدار ناچیز و ناخالصی به اندازۀ یک قسمت در ١2٠ از گاز ناشناختهای تهیه کند که باعث جلوگیری از اجنام واکنش میشد. پس از یک قرن دریافتند این جزء ناشناخته مخلوطی از گاز آرگون و دیگر گازهای جنیب است. در خورشید گرفتگی سال ١868 خط نشری جدیدی در طیف هالۀ خورشید دیده شد که مربوط به هیچ عنصر شناخته شدهای نبود. در آن زمان دو دانشمند به نامهای جی. ان. لوکلیر و ا ی. فرانکلند وجود عنصر جدیدی را پیشبینی کردند که نام مناسب هلیم )با ریشۀ یونانی هم ارز با خورشید( به آن داده شد. در سالهای آغازین دهۀ ١89٠ 127

8 دو پژوهشگر به نامهای لرد رایلی و ویلیام رامسی به اختالفی میان چگالی گاز نیتروژن جداسازی شده از هوا و نیز گاز نیتروژن جداسازی شده از آمونیاک دست یافتند. آنها با آزمایشهای دشوار و پیوسته شناسایی عنصر جدیدی را پیشبینی کردند که در جدول پس از کلر جای میگیرد. آنها در سال ١895 با گزارشی کامل از آزمایشهای خود آرگون را معرفی منودند )آرگون واژهای یونانی هم ارز با کار نکن یا تنبل است(. نزدیک به سه سال رامسی و ام. دبلیو. تراورس سه عنصر دیگر به نامهای نئون )در زبان یونانی هم ارز با جدید( کریپتون )در زبان یونانی هم ارز با پنهان( و زنون ( در زبان یونانی هم ارز با غریب( را از تقطیر جزء به جزء هوای مایع در دماهای پاینی جداسازی کردند. آخرین گاز جنیب )رادون( در سال ١9٠2 از فراوردۀ تالشی هستهای جداسازی شد. گاز آرگون برای پرکردن المپهای روشنایی به کار میرود زیرا با افروزۀ )فیالمان( داغ واکنش منیدهد و با انتقال گرما از آن بر عمر فیالمان میافزاید. این گاز نیز به عنوان محیط بیاثر )خثنی( در جوشکاری و حلیمکاری در فرایندهای متالورژیکی به کار میرود. در این فرایندها آرگون فلز داغ را از اکسایش محافظت میکند. هلیم در بالنهای سبکتر از هوا )چگالی آن نزدیک به ١4% چگالی هواست( و برای اجنام فرایندها در دماهای پاینی به کار میرود زیرا دمای جوش هلیم از مواد شیمیایی شناخته شده کمتر است ) 4/2K (.هلیم یکی از سازندههای اصلی ستارههاست. چراغهای نئون از حبابهای تخلیه شده دارای گاز نئون با فشار پاینیتر ساخته میشوند.طیف نشری نئون عامل رنگ قرمز نارجنی روشن در تابلوهای نئونی است. با این که همۀ ایزوتوپهای رادون پرتوزا هستند ولی نسبت به وجود آن در بیشتر خانهها نگرانی وجود دارد زیرا رادون عاملی پنهان برای ابتال به سرطان ریه به شمار میرود )رادون بیشتر از دیوارهای زیرزمنی و کف اتاقها وارد خانه میشود(. همۀ گازهای جنیب به دلیل آرایش الکترونی پایدار تک امتی هستند. در سال ١962 نیل بارتلت دریافت که PtF 6 هنگامی که در هواست تغییر رنگ میدهد. او به همراه دی.اچ.لو همان نشان داد که PtF 6 یک اکسندۀ بسیار قوی است و تغییر رنگ به دلیل _ ] 6 Xe + [PtF است. هر چند که بعدها دریافتند این تغییر رنگ به دلیل مخلوط پیچیدهای از چند ترکیب زنون است. در چند ماه پس از آن ترکیبهای XeF 2 و XeF 4 بررسی شد و امروزه دهها ترکیب از گازهای جنیب شناخته شده است )ولی باز هم شمار آنها در مقایسه با ترکیبهای عنصرهای دیگر گروهها نسبتا کم است(. ترکیبهای پایدار شناخته شده تنها از کریپتون زنون و رادون است. تنها یک ترکیب 128

9 دوتایی از کریپتون KrF 2 با قطعیت شناخته شده که درC ١٠- به عنصرهای سازندهاش جتزیه میشود. بیشترترکیبهای پایدار گازهای جنیب از ترکیبهای زنون با عنصرهای الکترونگاتیو مانند O F و Cl بوده و نیز شماری ترکیب با پیوندهای C N Xe Xe و حتی Cr Xe گزارش شده است. ترکیبهای فلوئوردار زنون عاملهای فلوئوردارکنندۀ مناسبی به شمار میروند برای منونه: XeF 4 )g( + 2SF 4 (g) 2SF 6 (g)+xe(g) XeF 2 در آب پایدار است. XeF 4 و XeF 6 در آب به دلیل آبکافت XeO 3 تولید میکنند. XeO 3 بهصورت خطرناکی منفجر شونده است. جدول 6 تشکیل H )kj.mol -١ ( دمای ذوب C( ) ترکیب ویژگی طول پیوند) pm ( شکل فضایی -١٠9 خطی 2٠٠ ١29 XeF 2 ١95/2 مسطح مربعی - 2١8 ١١7/١ XeF هشت وجهی 49 XeF 6 129

10 هدفهای آموزشی انتظار میرود دانشآموز در پایان این واحد یادگیری: ١ با مفهوم شعاع امتی عنصرها آشنا شود. 2 مفهوم بار مؤثر هسته را درک کند. 3 مهارت مقایسۀ شعاع امتی عنصرها را کسب و تقویت کند. 4 با روند تغییر شعاع امتی عنصرها در یک دوره و یک گروه از جدول تناوبی آشنا شود. 5 با شعاع کوواالنسی و وان دروالسی آشنا شود و تفاوت آنها را درک کند. واحد یادگیری 5 روش تدریس: مشارکتی مبتنی بر IT توصیه میشود با مقداری پنبه یک تودۀ کروی درست کنید.سپس آن را روی میز قرار دهید واز دانشآموزان بخواهید که توضیح دهند چگونه میتوان شعاع آن تودۀ کروی را اندازه گرفت پاسخ دانشآموزان را بشنوید درستی یا نادرستی آنها را بررسی نکنید. منتظر مبانید تا یکی از آنها این موضوع را طرح کند که شعاع توده در جهتهای مختلف یکسان نیست یا این که مرز مشخصی برای اندازهگیری شعاع وجود ندارد. حال این موضوع را به ابر الکترونی امتها ارتباط داده و توضیح دهید که به دلیل سرعت زیاد الکترونها و مشخص نبودن حد و مرز ابر الکترونی منیتوان شعاع یک امت مجزا را بهطور دقیق اندازهگیری کرد. در ادامه این سؤال را مطرح کنید که چگونه میتوان شعاع امتها را اندازه گرفت پس از شنیدن پاسخ ها موضوع را به طور کامل توضیح دهید و با جمع بندی مطالب ارزشیابی تشخیصی ١ عنصرها در جدول تناوبی بر چه اساسی کنار هم قرار گرفتهاند 2 گروه و دوره عنصرهای زیر را در جدول تناوبی مشخص کنید. ١١Na: ] ١٠ Ne[3s ١ Ca:] 2٠ ١8Ar[4s 2 P: ] ١5 ١٠ Ne[3s2,3p 3 4 Be: ] 2 He[2s 2 3 شعاع امتی را تعریف کنید. 4 آیا تعداد الیههای الکترونی امت با شعاع آن ارتباط دارد گفته شده شعاع امتی را تعریف کنید. در ادامه با اشاره به روشهای اندازهگیری شعاع امتی توجه دانشآموزان را به شکل صفحه 43 در کتاب درسی جلب کنید و مفهوم شعاع کوواالنسی و شعاع وان دروالسی را توضیح دهید. از دانشآموزان بپرسید اگر برروی یک المپ روشن یک حباب شیشهای مات قرار دهیم در میزان نور تابیده شده به یک نقطه چه تغییری ایجاد میشود در مورد علت آن جویا شوید. پس از بررسی نظرات دانشآموزان مفهوم اثر پوششی الکترونهای درونی و بار مؤثر هسته را توضیح دهید. در این مورد میتوان از آنالوژیهای براده آهن و الیههای کاغذ و آهنربا یا قابلمه داغ و دستگیره نیز استفاده کرد. 130

11 سپس کاربرگ زیر را که از قبل تکثیر کرده اید در اختیار گروه ها قرار دهید و از آنها بخواهید با بررسی و مطالعه مطالب آن به پرسش های مطرح شده پاسخ دهند. کاربرگ کالسی )گروهی فردی( صفحه ١ نام و نام خانوادگی )نام اعضا(: موضوع درس: تاریخ: داده ها: آرایش الکترونی بر اساس مدل بور برای عنصرهای گروه اول به صورت زیر است. آرایش الکترون ها در الیه های اصلی مناد شیمیایی عنصر 3Li 3p,4n ١١Na p 11p,12n ١9K 19p 20n 37Rb 37p 48n 55Cs 55p 78n 87Fr 87p 136n 131

12 کاربرگ کالسی )گروهی فردی( صفحه 2 نام و نام خانوادگی )نام اعضا(: موضوع درس: تاریخ: با توجه به جدول باال به پرسشهای مطرح شده پاسخ دهید: 1 در یک گروه جدول تناوبی عنصرها از باال به پاینی هر یک از موارد زیر چه تغییری کرده است آ ) شعاع امتی زیاد شده کم شده تغییر نکرده ب( تعداد الیههای الکترونی زیاد شده کم شده تغییر نکرده پ( اثر پوششی الکترونهای درونی زیاد شده کم شده تغییر نکرده کاربرگ کالسی )گروهی فردی( صفحه 3 نام و نام خانوادگی )نام اعضا(: موضوع درس: تاریخ: داده ها: آرایش الکترونی براساس مدل بور برای عنصرهای دورۀ دوم جدول تناوبی به صورت زیر است. IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA تناوب ٢ 3 Li 4 Be 5 B 6 C 7 N 8 O 9 F در الیه های اصلی آرایش الکترون ها 3p 4n 4p 5n 5p 6n 6p 6n 7p 7n 8p 8n 9p 10n با توجه به جدول باال به پرسشهای مطرح شده پاسخ دهید: 1 در یک دوره جدول تناوبی عنصرها با افزایش عدد امتی هر یک از موارد زیر چه تغییری کرده است آ شعاع امتی زیاد شده کم شده تغییر نکرده ب تعداد الیههای الکترونی زیاد شده کم شده تغییر نکرده پ بار مؤثر هسته زیاد شده کم شده تغییر نکرده ٢ از دو عامل فوق کدام یک تأثیر بیشتری در تغییر شعاع امتی در یک تناوب دارد 132

13 کاربرگ کالسی )گروهی فردی( صفحه 4 نام و نام خانوادگی )نام اعضا(: موضوع درس: تاریخ: 3 در هر یک از جفت امتهای زیر شعاع امتی کدام یک بیشتر است چرا آ( ١7Cl 35 Br ب( ١2 Mg ١5P پ( ١7 Cl Ca ١2Mg pm 4 با توجه به شکل: آ( طول پیوند A-A چند pm است A A 170pm ب( شعاع کوواالنسی A را حساب کنید. پ( شعاع وان دروالسی امت A چند pm است 5 با توجه به آرایش الکترونی عنصرهای داده شده آنها را به ترتیب افزایش شعاع امتی مرتب کنید. A:[Ne]3s 2 B:[He]2s 2 2p 4 C:[He]2s 2 2p ١ سپس معلم از مناینده یکی از گروهها بخواهد که پاسخ گروه خود درباره پرسشهای کاربرگ را بیان کند و گروههای دیگر در مورد درستی یا نادرستی آن نظر دهند. معلم نیز بحث را مدیریت کند. در پایان با نشان دادن تصویر صفحه 44 کتاب درسی روند تغییر شعاع امتی در یک دوره و گروه از جدول تناوبی عنصرها را توضیح دهد. همچننی با بررسی کاربرگها امتیاز کار گروهی را به عنوان ارزشیابی مستمر ثبت کند. بر دانش خود بیفزایید الیههای الکترونی و اندازه امتها اغلب ما امتها را کروی و سخت تصور میکنیم در حالی که مطابق نظریۀ کوانتومی هیچ مرز مشخصی را منیتوان برای یک امت قائل شد. از این رو اندازهگیری شعاع یک امت مجزا بهطور دقیق امکان ندارد اما با بهرهگیری از جنبههای گوناگون مکانیک کوانتومی میتوان به توزیع الکترونها در امتها پیبرد. بهگونهای که اگر چگالی شعاعی الکترونی )احتمال حضور الکترون در یک فاصله خاص( را برحسب فاصله از هسته بررسی کنیم منوداری بهصورت زیر برای سه گاز جنیب Ar Ne He خواهیم داشت )شکل 37(. در منودار برای He یک مقدار بیشینه برای Ne و Ar نیز به ترتیب دو و سه مقدار بیشینه 133

14 دیده میشود. هر یک از این مقادیر بیشینه عمدتا مربوط به الکترونهایی است که عدد کوانتومی آنها یکسان است. بنابراین الکترونهای ١sدر امت هلیم یک چگالی شعاعی الکترونی در حدود 0/3A نشان میدهند. در آرگون بیشینه چگالی شعاعی الکترونی برای ١sدر ٠/٠5A اتفاق میافتد و بیشینه دوم ناشی از الکترونهای 2sو 2pو بیشینه سوم به الکترونهای 3sو 3p مربوط است. چگالی شعاعی الکترون فاصله از هسته ( A( شکل 37. چگالی شعاعی الکترون آرگون نئون و هلیم این دادهها نشان میدهند که ١sدر آرگون از هلیم به هسته نزدیکتر است زیرا بار الکتریکی هسته آرگون )١8+( از هلیم )2+( بسیار بیشتر است. این منودار همچننی نشان میدهد که توزیع چگالی الکترونی یکباره با دور شدن از هسته به انتها منیرسد بلکه به آرامی با افزایش فاصله کاهش مییابد زیرا امتها مرزهایی با اندازه ثابت ندارند. تخمنی شعاع امت شعاع امتها را میتوان به روش کریستالوگرافی )بلورشناسی( تخمنی زد. بهگونهای که فاصله بنی دو هسته در بلور یک عنصر امتی را به کمک پراش پرتوهای Xاندازهگیری میکنند. این روش فقط درباره عنصرهایی کارایی دارد که بلور آنها شناسایی شده باشد. برای منونه شعاع امتی هلیم و نئون را منیتوان به این روش تخمنی زد بلکه باید با در نظر گرفنت تقریبهایی بهطور محاسباتی آنها را برآورد کرد. 134

15 طول پیوند وان دروالسی شعاع وان دروالسی دو برابر شعاع کریپتون شعاع کوواالنسی طول پیوند شعاع وان دروالسی شکل 3٨. شعاع کوواالنسی و وان دروالسی برای کلر در حالت جامد کریپتون جامد شکل 39. شعاع وان دروالسی کریپتون شعاع امتی عنصرهای مولکولی )نافلزها( را نیز منیتوان به این روش محاسبه کرد بلکه با استفاده از طیف سنجی طول پیوند را تعینی میکنند. بنابراین شعاع امتها به پارامترهای گوناگونی وابسته است و طبیعی است که شعاعهای گزارش شده در روشهای مختلف با یکدیگر تفاوت اندکی داشته باشند. جدول و منودار زیر شعاع امتی و روند تغییر آن را نشان میدهند. شعاع فلزی Al طول پیوند شعاع کوواالنسی Cl شعاع کوواالنسی Cl شعاع طول پیوند کوواالنسی C C - Cl شکل 40. طول پیوند هالوژنها شکل 4١. شعاع فلزی و کوواالنسی A: شعاع فلزی, B و C شعاع کوواالنسی 135

16 شعاع های امتی فلزهای قلیایی عنصرهای واسطه دوره پنجم عنصرهای واسطه دوره چهارم شعاع )pm( گازهای جنیب عدد امتی شکل 4٢. روند تغییر شعاع عنصرها بار مؤثر هسته ) Z) و روند تغییر آن در جدول تناوبی در یک امت یا یون چند الکترونی هر الکترونی را که توسط هسته جذب میشود همزمان دیگر الکترونها را دفع میکند از اینرو دافعههای الکترون الکترون مانع از جتزیه و حتلیل وضعیت میگردد. جتربه نشان میدهد که انرژی هر الکترون را باید با درنظر گرفنت میانگنی بر هم کنش آن با محیط پدید آمده از هسته و دیگر الکترونها تخمنی زد. این الگو به ما کمک میکند که هر الکترون را جداگانه بررسی کنیم. از اینرو در یک امت یا یون چند الکترونی به مقدار جاذبهای که هسته بر یک الکترون وارد میکند صرفنظر از جاذبۀ آن بر سایر الکترونها بار مؤثر هسته نامیده میشود. بهبیان دیگر به دلیل وجود الکترونهای درونیتر که بنی هسته و الکترون موردنظر قرار دارند از میزان بار هسته بر آن الکترون کاسته می شود. به بار خالص که هر الکترون احساس میکند بار مؤثر هسته میگویند که همواره )بهجز امت H( از بار هسته کمتر است. اگر از بار مثبت هسته (Z) میانگنی چگالی بار یا اثر پوششی الکترونهای درونیتر (S) را کم کنیم بار مؤثر هسته ) Z) به دست میآید: Z = Z - S این رابطه نشان میدهد بار مثبتی که الکترونهای الیه بیرونیتر جتربه میکنند همواره کمتر از کل بار مثبت هسته است زیرا الکترونهای الیههای درونیتر تاحدی بار 136

17 مثبت هسته را تعدیل کرده و یا الکترون های درونی تر الکترون های بیرونی تر را در برابر بار کامل هسته محافظت می کنند و یا می پوشانند. این اثر به اثر پوششی( S ) معروف است. قواعد اسلیتر برای محاسبۀ S و Z: ١ آرایش الکترونی امت یا یون تک امتی مورد نظر را می نویسیم. 2 آرایش الکترونی را در گروه بندی های زیر مرتب می کنیم.... و ( )4f ) 4pو )4d ( ) 3p( )3dو )4s ) 2pو )3s )١s( )2s 3 پس از مشخص کردن الکترون مورد نظر باید توجه کرد که گروه های الکترونی باالتر )در سمت راست آن( اثری ندارند و تنها الکترون های موجود در همان دسته و دسته های پاینی تر )در سمت چپ آن( اثر پوششی دارند. 4 اگر الکترون مورد نظر در گروه های ns یا np باشد هر الکترون در آن گروه به اندازۀ 35/٠ الکترون های گروهn-١ به اندازۀ 85/٠ و الکترون های گروه 2-n و پاینی تر از آن به اندازۀ یک اثر پوششی دارند. * فقط در آرایش ١s 2 هر الکترون روی دیگری به اندازۀ 3/٠ اثر پوششی دارد. 5 اگر الکترون مورد نظر در دستۀ nd و nf باشد هر الکترون در همان گروه به اندازۀ 35/٠ و همۀ الکترون های پایین تر )در سمت چپ آن( به اندازۀ یک اثر پوششی دارند. * به مثال های زیر توجه کنید. آ( بار مؤثر هسته بر روی الکترون ظرفیت اتم سدیم 11Na : 1s 2, 2s 2, 2p 6, 3s 1 11Na : ( 1s) 2, ( 2s, 2p), ( s) / 85 S = ( 2 1) + ( 8 0/ 85) = 2+ 6/ 8= 8/ 8 Z = Z S = 11 8 / 8 = 2/ 2 11 ب ) بار مؤثر هسته بر روی یکی از الکترون های 2p در امت سدمی Na : 1s, 2s, 2p, 3s ( 1s), ( 2s, 2p),( 3s) 2 0/ / 35 S = ( 2 0/ 85) + ( 7 0/ 35) = 1/ 7 + 2/ 45 = 4 / 15 Z = Z S = 11 4 / 15 = 6 / 85 در اثر پوششی نقشی ندارد پ ) بار مؤثر هسته بر روی یکی از الکترون های 4p در امت. 33 As As:s,s,p, s, 3p, 4s, 3d, 4p

18 )١s( 2, )2s ) 2pو 8 )3s ) 3pو 8 )3d( ١٠ )4s ) 4pو / / 35 S = ( 10 1) + ( 18 0/ 85) + ( 4 0/ 35) = 26 / 7 Z = Z S = / 7 = 6 / 3 ت ) بار مؤثر هسته بر روی یکی از الکترون های 3d در امت 33As As:s,s,p, s, 3p, 4s, 3d, 4 p )١s( 2, )2s ) 2pو 8 )3s ) 3pو 8 )3d( ١٠ )4s ) 4pو / 35 S = ( 18 1) + ( 9 0/ 35) = / 15 = 21/ 15 Z = Z S = 33 21/ 15 = 11/ 85 دراثر پوششی نقشی ندارند اینک به روند تغییر Z بر روی الکترون ظرفیت امت عنصرهای یک دوره مانند دورۀ دوم )2=n( جدول تناوبی توجه کنید. جدول 7 عنصر لیتیم بریلیم بور کربن نیتروژن اکسیژن فلوئور نئون ١ عدد امتی )Z( 4/١5 3/8 3/45 3/١ 2/75 2/4 2/05 ١/7 اثر پوششی )S( 5/85 5/2 4/55 3/9 3/25 2/6 ١/95 ١/3 بار مؤثر هسته ( Z( همان گونه که جدول نشان می دهد در یک دوره از چپ به راست Z افزایش می یابد. جدول زیر روند تغییر Z را بر روی الکترون ظرفیت امت عنصرهای یک گروه IIA( یا 2( جدول تناوبی نشان می دهد. جدول ٨ عنصر بریلیم منیزمی کلسیم استرانسیم ١2 4 عدد امتی )Z( 34/١5 ١6/75 8/75 2/05 اثر پوششی )S( 3/85 3/75 3/25 ١/95 بار مؤثر هسته ( Z( همان گونه که جدول نشان می دهد در یک گروه از باال به پاینی Z افزایش می یابد 138

19 ولی تفاوت آن میان عنصرهای هم گروه به تدریج کمتر و کمتر شده تا این که Z تقریبا ثابت می ماند. پاسخ»فکر کنید«صفحۀ 44 کتاب درسی ١ آ( الکترونهای ظرفیت ب( افزایش مییابد زیرا با ثابت بودن الیههای الکترونی امتها در عنصرهای یک دوره از جدول تناوبی با افزایش Z به تدریج Z نیز بیشتر میشود. 2 در هر دوره از چپ به راست با ثابت بودن شمار الیههای الکترونی به تدریج با افزایش Z و در پی آن افزایش Z نیروی جاذبۀ هسته بر الکترونها بیشتر شده و شعاع امت کوچکتر میشود. 139

20 هدفهای آموزشی انتظار میرود دانشآموز در پایان این واحد یادگیری: ١ با روند کلی تغییر نخستنی انرژی یونش عنصرها در یک دوره از جدول تناوبی آشنا شود. 2 با بینظمیهای موجود در تغییر انرژی نخستنی یونش عنصرها در یک دوره از جدول تناوبی آشنا شود و دلیل آنها را درک کند. 3 با روند تغییر نخستنی انرژی یونش عنصرها در یک گروه از جدول تناوبی آشنا شود و دلیل آن را درک کند. 4 مهارت مقایسه نخستنی انرژی یونش عنصرها با یکدیگر را در خود تقویت کند. ارزشیابی تشخیصی ١ با استفاده از جدول تناوبی امتهای زیر را به ترتیب افزایش شعاع امتی مرتبکنید. آ( N, P, Si ب( Li, Na, K پ( B, C, N ت( F, Cl, S 2 درستی یا نادرستی هر یک از گفتههای زیر را با گذاشنت عالمت یا * مشخص کنید. در صورتی که مفهوم گفتهای برای شما ناآشنا باشد در برابر آن واحد یادگیری 6 روش تدریس پیشنهادی: کاوشگری هدایت شده توصیه میشود کاربرگ و کاغذ شطرجنی زیر را که از قبل تکثیر کردهاید در اختیار گروهها قرار دهید و از آنها بخواهید که هر گروه با بررسی و مطالعه مطالب آن فعالیت مربوط به خود را اجنام داده و به پرسشهای مطرح شده پاسخ دهند. گروه اول: تغییرات انرژی نخستنی یونش عنصرهای گروه اول و دورۀ دوم جدول تناوبی برحسب افزایش عدد امتی گروه دوم: تغییرات انرژی نخستنی یونش عنصرهای گروه دوم و دورۀ دوم جدول تناوبی برحسب افزایش عدد امتی گروه سوم: تغییرات انرژی نخستنی یونش عنصرهای دورۀ سوم و گروه هفدهم جدول تناوبی برحسب افزایش عدد امتی گروه چهارم: تغییرات انرژی نخستنی یونش عنصرهای گروه اول و دورۀ سوم جدول تناوبی برحسب افزایش عدد امتی گروه پنجم: تغییرات انرژی نخستنی یونش عنصرهای گروه دوم و دورۀ سوم جدول تناوبی برحسب افزایش عدد امتی گروه ششم: تغییرات انرژی نخستنی یونش عنصرهای گروه هفدهم و دورۀ دوم جدول تناوبی برحسب افزایش عدد امتی 140

21 عالمت» «بگذارید در ضمن عبارتهای نادرست را اصالح کنید و از نو بنویسید. آ( در هر تناوب از جدول تناوبی عنصرها با افزایش عدد امتی شعاع امتی کاهش مییابد. ب( در هر گروه از جدول تناوبی عنصرها با افزایش عدد امتی شعاع امتی کاهش مییابد. پ( در گروه شانزدهم جدول تناوبی عنصرها اکسیژن انرژی نخستنی یونش بیشتری نسبت به گوگرد دارد. ت( در تناوب دوم جدول تناوبی عنصرها لیتیم انرژی نخستنی یونش بیشتری نسبت به بریلیم دارد. برای کالسهایی که تعداد گروهها بیشتر است یا بهمنظور ایجاد رقابت بنی گروهها میتوان موضوع را به صورت تکراری به گروهها داد. صفحه ١ کاربرگ کالسی )گروهی فردی( نام و نام خانوادگی )نام اعضا(: تاریخ: موضوع درس: ١ با توجه به دادههای جدول زیر منودارهای خواسته شده را رسم کنید: آ( منودار تغییرات انرژی نخستنی یونش عنصرهای گروه جدول تناوبی برحسب افزایش عدد امتی ب( منودار تغییرات انرژی نخستنی یونش عنصرهای دورۀ جدول تناوبی برحسب افزایش عدد امتی انرژی نخستنی یونش عنصرهای اصلیkJ/mol H He Li Na Be Mg B Al C Si N P O S F Cl Ne Ar K Ca Ga Ge As 947 Se Br Kr Rb Sr In Sn Sb Te I Xe Cs Fr -- Ba Ra Tl Pb Bi Po 821 At -- Rn با توجه به منودارهایی که رسم کردهاید به پرسشهای زیر پاسخ دهید: آ( در هر گروه با افزایش عدد امتی انرژی نخستنی یونش چگونه تغییر کرده است به نظر شما علت این تغییر چیست ب( در هر دوره با افزایش عدد امتی انرژی نخستنی یونش بهطور کلی چگونه تغییر کرده است چرا پ( آیا روند تغییر انرژی نخستنی یونش در عنصرهای یک دوره منظم است بینظمی در روند انرژی نخستنی یونش در یک دوره بنی عنصرهای کدام گروهها دیده میشود ت( با رسم آرایش الکترونی منوداری علت بینظمیهای مشاهده شده را توضیح دهید )راهنمایی: ترتیب پایداری آرایش الکترونی اوربیتالها به صورت: نامنظم»نیمه پر«اوربیتال پر است(. ث( آیا ارتباطی بنی تغییر شعاع امتی و تغییر انرژی نخستنی یونش در یک گروه و یک دوره از جدول تناوبی وجود دارد توضیح دهید. 141

22 مقیاس جدول را قبل از رسم مشخص کنید. انرژی نخستنی یونش )kj/mol( افزایش عدد امتی پس از فعالیت دانشآموزان کاربرگها جمع آوری میشود. به منظور جمعبندی مطالب از بنی دانشآموزان چند نفر را برای پاسخ دادن به پرسشهای کاربرگ انتخاب کنید و پس از ارائۀ پاسخ هر یک از دانشآموزان جواب نهایی را تأیید کنید. در این جلسه منرۀ کار برگ را میتوان به عنوان ارزشیابی مستمر منظور کرد. 142

23 بر دانش خود بیفزایید * انرژی یونش از آن جا که آسانی جدا شدن الکترون)ها( از یک امت یا یون ویژگیهای مهمی از رفتار شیمیایی آن را نشان میدهد مفهوم یونش و انرژی یونش )IE( اهمیت ویژهای دارد. انرژی نخستنی یونش کمترین انرژی الزم برای جدا کردن یک مول الکترون از یک مول امت گازی در حالت پایه است. برای منونه: Na)g( Na + )g( + e - IE ١ =496 kj.mol -١ این ویژگی نشان میدهد که هر چه انرژی یونش بیشتر باشد جدا کردن آن الکترون دشوارتر است. از این رو جدا کردن الکترونهای متوالی دیگر انرژی یونش بیشتری نیاز دارند مانند: Na + )g( Na 2+ )g( + e - IE 2 =456٠ kj.mol -١ به برخی انرژیهای متوالی امت عنصرهای سدمی تا آرگون در جدول زیر توجه کنید. جدول 9 IE 7 IE 6 IE 5 IE 4 IE 3 IE ٢ عنصر IE ١ 456٠ 496 Na 773٠ ١45٠ 738 Mg ١١6٠٠ 275٠ ١82٠ 578 Al ١6١٠٠ 436٠ 323٠ ١58٠ 786 Si 222٠٠ 627٠ 496٠ 29١٠ ١9٠٠ ١٠١2 P 27١٠٠ 85٠٠ 7٠١٠ 456٠ 336٠ 225٠ ١٠٠٠ S ١١٠٠٠ 946٠ 654٠ 5١6٠ 382٠ 23٠٠ ١25١ Cl ١2٠٠٠ 878٠ 724٠ 577٠ 393٠ 267٠ ١52١ Ar * انرژی های یونش برحسب kj/mol هستند. این جدول نشان میدهد: )IE ١ <IE 2 ١ با جدا شدن متوالی الکترونها انرژی یونش افزایش مییابد )...> زیرا با ثابت ماندن بار مثبت هسته که نیروی جاذبه را فراهم میکند شمار الکترونها کم میشود. این روند افزایش بار مؤثر هسته ) Z( را برروی الکترونهای باقی مانده نشان میدهد. هر چه بار مؤثر هسته بزرگتر باشد انرژی الزم برای جدا کردن الکترون بیشتر خواهد بود. 143

24 2 افزایش ناگهانی در انرژی یونش هنگام جدا شدن الکترون از الیۀ درونیتر رخ میدهد. این ویژگی به دلیل نزدیکی الیۀ الکترونی درونیتر به هسته است. 3 هنگام جدا شدن الکترونها از گونۀ مشابه با گاز جنیب انرژی یونش به شدت افزایش مییابد. این مشاهده اندیشۀ شرکت بیرونیترین الکترونها )یعنی الکترونهای پس از آرایش گاز جنیب( در اشتراک یا دادوستد الکترون را هنگام تشکیل پیوند یا اجنام واکنش شیمیایی تأیید میکند. گویی الکترونهای درونی بهاندازهای حتت جاذبۀ هسته قرار دارند که امت آنها را به آسانی از دست نداده و یا در پیوند و واکنش شرکت منیدهد. افزایش انرژی یونش افزایش انرژی یونش انرژی نخستنی یونش )kj/mol( عدد امتی انرژی نخستنی یونش )kj/mol( شکل 43. روند تغییر انرژی یونش برخی از عنصرهای جدول تناوبی روند تناوبی در انرژی نخستنی یونش به شکلهای باال توجه کنید: این دو شکل روند تغییر IE ١ را در جدول نشان میدهند. ١ انرژی الزم برای جدا کردن یک الکترون از الیۀ ظرفیت هم به Z و هم به میانگنی فاصلۀ الکترون از هسته بستگی دارد. افزایش Z و کاهش میانگنی فاصله از هسته جاذبۀ هسته را میان الکترون و هسته افزایش میدهد و جدا کردن الکترون دشوارتر میگردد. در یک دوره از چپ به راست به تدریج Z افزایش و شعاع امتی کاهش مییابد به همنی دلیل IE ١ افزایش مییابد. در حالی که در یک گروه Z به تدریج افزایش یافته و به تدریج ثابت میشود و همزمان با آن شعاع امتی افزایش مییابد به همنی دلیل نیروی جاذبه میان هسته و الکترونهای ظرفیت کاهش مییابد و در پی آن IE ١ نیز کاهش مییابد. 144

25 2 در هر دوره از جدول تناوبی با افزایش Z ١ IE افزایش مییابد به گونهای که در هر دوره بیشترین و کمترین IE ١ به ترتیب مربوط به گاز جنیب و فلز قلیایی همان دوره است. 3 در هر گروه از باال به پاینی با افزایش شمار الیههای الکترونی و در پی آن با افزایش شعاع امتی IE ١ کاهش مییابد. به همنی دلیل کمترین و بیشترین IE ١ در جدول تناوبی به ترتیب مربوط به Cs و He است. 4 بینظمیهای موجود در عنصرهای یک دوره آشکار ولی ظریف است. برای منونه کاهش IE ١ در 4 Be به سوی 5 B به این دلیل است که اثر پوششی بر الکترونهای اوربیتال 2sدر امت Be کمتر از این اثر بر الکترونهای اوربیتال 2p در امت B است. این ویژگی باعث میشود که در امتهای چند الکترونی انرژی اوربیتال 2p باالتر از انرژی اوربیتال 2s باشد. همچننی کاهش IE ١ از 7 N به سویO 8 به دلیل دافعۀ الکترونهای جفت شده در آرایش p 4 نسبت به p 3 است. 5 عنصرهای گروههای اصلی در مقایسه با عنصرهای واسطه گسترۀ بزرگتری از مقدارهای IE ١ را نشان میدهند. در یک دوره از چپ به راست در عنصرهای واسطه میانگنی فاصلۀ الکترونها تا هسته تقریبا ثابت است )الکترونها به زیر الیۀ درونیتر 3d افزوده میشوند( ولی به تدریج Z افزایش مییابد به همنی دلیل IE ١ افزایش مییابد )جدول زیر(. عنصر اسکاندمی تیتانیم وانادمی کروم منگنز آهن کبالت نیکل مس روی عدد امتی) Z ( 2١ 2١/١5 2١/١5 20/45 20/١ ١9/75 ١9/4 ١9/4 ١8/7 ١8/35 ١8 اثر پوششی) S ( 8/85 7/85 7/55 6/9 6/25 5/6 4/6 4/3 3/65 3 بار مؤثر هسته) )Z پاسخ»فکر کنید«صفحۀ 46 کتاب درسی منودارهای صفحه 45 کتاب نشان میدهد که در یک دوره از جدول تناوبی هر چه شعاع امتی کاهش مییابد IE ١ بیشتر میشود و در یک گروه هر چه شعاع امتی افزایش مییابد IE ١ کمتر میشود. این روندها نشان میدهند که میان IE ١ و شعاع رابطهای وارونه وجود دارد. 145

26 واحد یادگیری 7 بر دانش خود بیفزایید الکترونگاتیوی و روند تغییر آن در جدول تناوبی الکترونگاتیوی میزان توانایی نسبی یک امت برای جذب الکترونهای پیوندی به سوی هستۀ خود است. هرچه مقدار الکترونگاتیوی یک امت بیشتر باشد توانایی آن در جذب الکترون به سمت هستۀ خودش بیشتر خواهد بود. مقدار الکترونگاتیوی در یک مقیاس اختیاری بیان میشود از اینرو نسبی است. نخستنی و متداولترین مقیاس الکترونگاتیوی را شیمیدان آمریکایی لینوس پاولینگ ١ ) ١994 ١9٠١ ( بر پایۀ دادههای ترموشیمیایی )میانگنی آنتالپیهای پیوند( بنا نهاد. میدانید که یک پیوند کوواالنسی قطبی قویتر از پیوند کوواالنسی ناقطبی مشابه است. این تفاوت در قدرت پیوند بیانکنندۀ تفاوت انرژی الزم برای غلبه بر بارهای الکتریکی جزئی ( - δ و + δ( در پیوند قطبی به دلیل اشتراک و گسترش نابرابر ابر الکترونهای پیوندی است. اگر انرژی الزم برای گسسنت پیوند را با D )برحسب ١- kj.mol ) و اختالف الکترونگاتیوی امتهای A و B را با A X B - X منایش دهیم بر پایۀ مقیاس پاولینگ خواهیم داشت: DAA+ DBB XB X A = 0/ 11, = D AB ( ) 2 پاولینگ باالترین مقدار الکترونگاتیوی )٠/4( را در این مقیاس به فلوئور نسبت داد و الکترونگاتیوی دیگر امتها را بر پایۀ آن بهدست آورد. برای منونه اگر آنتالپی پیوندهای H-H F-F و H-F به ترتیب 436 ١58 و 562 کیلوژول بر مول باشد الکترونگاتیوی هیدروژن همارز است با: DHH+ DFF = D HF ( ) = 562 ( ) = X = / F H = = 40 H F X X / / / X / در جدول صفحه بعد الکترونگاتیوی هیدروژن ١/2 درج شده که تفاوتی نزدیک به %4/5 دارد و قابل قبول است. L. Pauling 1 146

27 الکترونگاتیوی شکل 44. روند تغییر الکترونگاتیوی عنصرها در جدول تناوبی این جدول نشان میدهد که در یک دوره از چپ به راست الکترونگاتیوی افزایش مییابد درحالی که در یک گروه از باال به پاینی الکترونگاتیوی کاهش مییابد و بهتدریج ثابت میماند. این روند تغییر الکترونگاتیوی در جدول تناوبی با روند تغییر * Z در یک دوره و یک گروه همخوانی دارد )چرا (. در جدول تناوبی بیشترین و کمترین الکترونگاتیوی به ترتیب مربوط به فلوئور و سزمی است. مولیکن الکترونگاتیوی را از میانگنی انرژی نخستنی الکترونخواهی و انرژی نخستنی یونش امت محاسبه کرد. آلرد و روچاو نیروی جاذبۀ الکترواستاتیکی میان الکترونها و هسته در شعاع کوواالنسی r )متناسب با ) Z را به عنوان الکترونگاتیوی 2 r محاسبه کردند. چون الکترونگاتیوی یک مفهوم کیفی است و همۀ مقیاسهای متداول مقادیر مشابهی دارند استفاده از الکترونگاتیوی به تعریف آن وابسته نیست. از آنجا که الکترونگاتیوی نسبی است برای امتهای یک عنصر الکترونگاتیوی در حالتهای اکسایش گوناگون به دلیل تفاوت در * Z متفاوت است. 147

28 برای منونه عدد اکسایش آهن در FeBr 2 برابر با 2+ و در FeBr 3 برابر با 3+ است. به خواص این دو ترکیب توجه کنید. دمای ذوب C( ) º دمای جوش) C ) º چگالی ( -3 )g.cm ترکیب شکل فیزیکی 4/63 69١ آهن )II( برمید زرد قهوه ای من گیر بلور هگزاگونال جتزیه می شود 4/5٠ قرمز تیره من گیر بلور هگزاگونال جتزیه می شود آهن III( ) برمید این جدول نشان میدهد که FeBr 2 خواص یونی آشکارتری دارد. زیرا +2 Fe در FeBr 2 بار مؤثر هسته ( * Z( و درپی آن الکترونگاتیوی کمتری از +3 Fe در FeBr 3 داشته از اینرو تفاوت الکترونگاتیوی آن با برم بیشتر و پیوند خصلت یونی بیشتری دارد. این تفاوت در ویژگیها برای SnCl 2 در مقایسه با SnCl 4 آشکارتر است. * 2 SnCl ترکیبی با دمای ذوب نسبتا باال در حالت مایع رسانای برق است. درحالی که SnCl 4 بلورهای نرمی داشته که در 2/3٠- C ذوب شده و به حالت مایع نارساناست. این تفاوتها را توجیه کنید. پاسخ»فکر کنید«صفحه 47 ١ الکترونگاتیوی نیز در منای کلی همانند IE ١ در عنصرهای یک دوره از چپ به راست افزایش مییابد و در یک گروه از باال به پاینی کاهش مییابد. 2 هرچه خاصیت نافلزی بیشتر باشد الکترونگاتیوی نیز بیشتر است )خاصیت نافلزی و الکترونگاتیوی در عنصرهای جدول تناوبی همسو میباشد(. همچننی هرچه خاصیت فلزی بیشتر میشود از مقدار الکترونگاتیوی کاسته میشود. دلیل این است که بار مؤثر هسته در عنصرهای یک دوره از چپ به راست )از فلزها به نافلزها( بیشتر میشود. 148

29 خودارزشیابی ١ پس از بررسی منودار روبه رو 5 روند )یا مقایسه( برای آن بنویسید. شعاع )نانومتر( عدد امتی 2 به کمک آرایش الکترونی الیۀ ظرفیت یون های زیر به پرسش ها پاسخ دهید. آ( عدد امتی هریک را مشخص کنید. ب( پارامغناطیس و دیامغناطیس بودن منک های هریک را مشخص کنید. 3 شکل زیر روند تغییر کدام ویژگی را در جدول تناوبی نشان می دهد توضیح دهید. 149

30 4 اگر رابطۀ میان انرژی پیوند و اختالف الکترونگاتیوی دو امت سازندۀ پیوند کوواالنسی بهصورت زیر باشد: X X = 0/ 208, = E E E A B AB AA BB )B و A الکترونگاتیوی امتهای :X B و X A ( انرژی پیوند P-P را بهدست آورید. * انرژی پیوند H-H و P-H به ترتیب برابر با ١٠4/2 و 76/9 کیلوکالری بر مول است. 5 دمای گازهای پیرامون سطح خورشید به چندین میلیون درجۀ سلسیوس میرسد بهگونهای که میتواند امتهای آهن را به +١4 Fe یونیده کند. کدام دسته از یونهای گازی زیر بیشتر جذب میدان مغناطیسی میشوند چرا Fe + و Fe 2+ و Fe 3+ و Fe 4+ و Fe 7+ و Fe 8+ و Fe 9+ و Fe ١4+ 6 شکل زیر روند تغییر نقطۀ ذوب عنصرها را در دورۀ سوم جدول تناوبی نشان میدهد. آن را تفسیر کنید. دما )C ( شماره گروه 150