فصل چهارم پیوند کوواالنسی و ترکیب های مولکولی

فصل چهارم پیوند کوواالنسی و ترکیب های مولکولی 180

واحد یادگیری 1 روش تدریس پیشنهادی: دریافت مفهوم پرسش و پاسخ توصیه میشود که کارتهای زیر را که قبال تهیه و تکثیر کردهاید در اختیار گروهها قرار دهید و از آنها بخواهید با بررسی آنها مواد داده شده را در دو گروه دستهبندی کنند و برای هر گروه یک نام کلی ارائه دهند. هدفهای آموزشی انتظار میرود دانشآموز در پایان این واحد یادگیری: ١ با ترکیبهای مولکولی و مفهوم پیوند کوواالنسی آشنا شود. ٢ مهارت تشخیص ترکیب مولکولی را از ترکیب یونی کسب و در خود تقویت کند. ٣ با برخی ویژگیهای مواد مولکولی آشنا شود. 4 با نحوۀ تشکیل پیوندهای کوواالنسی آشنا شود. 5 تغییر انرژی هنگام تشکیل پیوند را درک کند. 6 با مفهوم فاصلۀ تعادلی پیوند آشنا شود. ارزشیابی تشخیصی ١ دو ترکیب مولکولی را نام ببرید و فرمول آنها را بنویسید. ٢ آیا امتها میتوانند الکترونهای خود را با هم به اشتراک بگذارند چرا ٣ هرگاه دو امت به هم نزدیک شوند یکدیگر را جذب میکنند یا دفع چرا I 2 ید جامد نارسانا 113 =نقطۀ ذوب Na 2 S 4 سدمی سولفات جامد درحالت محلول و مذاب رسانا است = 884 نقطۀ ذوب Kl پتاسیم کلرید جامد در حالت مذاب و محلول رساناست 771 = نقطۀ ذوب 3 6 استون مایع نارسانا 95 -= نقطۀ ذوب Mgl 2 منیزمی کلرید جامد درحالت محلول و مذاب رسانا است 714 = نقطۀ ذوب Nal سدمی کلرید جامد در حالت مذاب و محلول رساناست 8٠1 = نقطۀ ذوب N 2 نیتروژن گاز نارسانا 21٠-= نقطۀ ذوب l 2 کلر گاز نارسانا 1٠1 -= نقطۀ ذوب Al 2 3 آلومینیم اکسید جامد در حالت مذاب رساناست 2072 = نقطۀ ذوب 4 متان گاز نارسانا 182 -= نقطۀ ذوب 2 آب مایع نارسانا ٠= نقطۀ ذوب NaN 3 سدمی نیترات جامد در حالت مذاب و محلول رساناست 3٠7 = نقطۀ ذوب به دانش آموزان وقت کافی بدهید. سپس از یکی از گروه ها بخواهید جدول دسته بندی شدۀ خود را به سایر گروه ها نشان بدهد. گروه )...( 2 نارسانا...... گروه )...( 1 در حالت مذاب و محلول رسانا...... 181

پاسخ گروهها را بررسی کنید اما نام گروهها را بهطور مستقیم به دانشآموزان نگویید. برای یافنت نام مناسب برای گروهها پرسشهای زیر را به بحث بگذارید. ١ آیا ویژگیهای گروه ١ برای شما آشناست این ترکیبها به کدام دسته از مواد تعلق دارند ٢ در گروه دوم کدام ماده برای شما آشناست ٣ آیا نام پیوندهای موجود بنی امتهای آن را میدانید 4 با توجه به خواص هر گروه آیا میتوانید برای مواد این گروه یک نام پیشنهاد دهید 5 برای ساخته شدن ترکیب یونی آیا وجود فلز ضروری است برای ترکیبهای دستۀ دیگر چطور پاسخها را بشنوید اگر نام کوواالنسی یا مولکولی را پیشنهاد دادند نام ترکیبهای مولکولی را بپذیرید. در غیراینصورت آنها را راهنمایی کنید. سپس به کمک شکلهای صفحۀ 66 موضوع را جمعبندی کنید و توضیح دهید که در این فصل دربارۀ مولکولها مطالبی را یاد خواهند گرفت. حال آرایش الکترونی ١7 l را روی تابلو رسم کنید و این پرسش را مطرح کنید. مولکول کلر ( ٢ )l چگونه تشکیل شده است آیا امتهای کلر الکترون گرفتهاند آیا میتوانیم پیوند بنی امتهای کلر را کوواالنسی بنامیم اکنون انیمیشن مربوط به تشکیل پیوند کوواالنسی را منایش دهید و به گروهها فرصت دهید تا دربارۀ انیمیشن منایش داده شده در گروه بحث کنند. هر گروه چگونگی تشکیل این پیوند را به کالس ارائه دهد. نظرات آنان را بشنوید و مطالب مورد نیاز را روی تابلو یادداشت کنید. حال با نشان دادن تصویر صفحه 67 کتاب درسی از دانشآموزان بپرسید: ١ نیروهای جاذبه بنی دو امت در این شکل ناشی از چیست ٢ در کدامیک از حالتهای زیر احتمال تشکیل پیوند کوواالنسی وجود دارد نیروی جاذبه > نیروی دافعه نیروی دافعه > نیروی جاذبه ٣ آیا پس از تشکیل پیوند نیز نیروهای جاذبه بیشتر از دافعه هستند نظرات دانشآموزان را بشنوید و سپس دربارۀ انواع جاذبهها و دافعههای بنی دو امت توضیح کافی بدهید. اکنون از دانشآموزان بخواهید صفحات 67 و 68 را روخوانی کنند. 182

ارزشیابی پایانی ١ با توجه به شکل زیر بگویید کدام شکل نشان دهندۀ یک پیوند کوواالنسی است چرا + + + + + + + + 1 شکل 1 2 ٢ ترکیب حاصل از کدام شکل نقطۀ جوش باالتری دارد ٣ در شکل زیر به جای Y و X واژه های مناسب قرار دهید. X Y + + شکل 2 183

واحد یادگیری 2 هدف های آموزشی l 2 Br 2 انتظار میرود دانشآموز در پایان این واحد یادگیری: ١ با برخی از عوامل مؤثر بر طول پیوند آشنا شود. ٢ اثر افزایش طول پیوند بر انرژی پیوند را درک کند. ٣ با پیوندهای کوواالنسی قطبی و ناقطبی آشنا شود. 4 توانایی تشخیص پیوندهای قطبی و ناقطبی و یونی را کسب و در خود تقویت کند. 5 مهارت تشخیص پیوند قطبی از ناقطبی را در خود تقویت کند. 6 مهارت مقایسه انرژی پیوندها را در خود تقویت کند. 7 بتواند چند پیوند را براساس خصلت یونی آنها مرتب کند. روش تدریس پیشنهادی: مشارکتی توصیه میشود برای شروع درس تصاویر مقابل را )که قبال به تعداد گروهها تهیه شده است( در اختیار گروهها قرار دهید و به آنها فرصت کافی بدهید تا با بررسی شکلها برداشت و نظر علمی خود را بیان کنند. حال نظر تک تک دانشآموزان )گروهها( را روی تابلو بنویسید. سپس با بحث و گفتوگوی هدایت شده هر یک را بررسی و تأیید یا اصالح کنید. در پایان از آنها بخواهید دربارۀ نتیجۀ این بحث یک جمله بنویسند. l 2 شکل 3 اکنون از دانشآموزان هر گروه بخواهید تا با توجه به تصاویر زیر و بحث و تبادل نظر دربارۀ آنها عامل دیگری برای کم یا زیاد بودن طول پیوند یا انرژی پیوند پیدا کنند و آن را در یک جمله بنویسند. پیوند ساده در اتم کربن پیوند دوگانه در اتم کربن پیوند سهگانه در اتم کربن شکل 4 ارزشیابی تشخیصی ١ از بنی ترکیبهای و Mgl ٢ ٢ 4 NaF کدام مولکولی و کدام یونی است ٢ آیا طول پیوند در F ٢ و Br ٢ یکسان است ٣ شکسنت کدام یک سادهتر است یک تکه چوب ٢0 سانتیمتری یا یک تکه چوب ٢ سانتیمتری 4 به نظر شما آیا در پیوند و کربن به یک اندازه از الکترونهای اشتراکی استفاده میکند 184

اکنون مطالب مربوط به انرژی پیوند و طول پیوند را جمعبندی کنید. از دانشآموزان بخواهید تا جدول صفحۀ 69 را بررسی کنند و هر گروه در یکی از موارد رابطهای بنی انرژی پیوند و طول پیوند بیان کند. * حال برای تثبیت یادگیری پاسخ پرسشهای زیر را از دانشآموزان بخواهید. ١ هر یک از پیوندهای ستون الف را به یکی از عددهای ستون ب ارتباط دهید و دلیل انتخاب خود را بنویسید. پیوند )الف( -N =N N طول پیوند )ب( ١47 )pm( ١١6 )pm( ١٢9 )pm( ٢ هر یک از اعداد ستون )پ( را به یکی از پیوندهای ستون )ت( ارتباط دهید و دلیل انتخاب خود را بنویسید. انرژی پیوند )پ( ٢٣7 )kj.mol -١ ( ٢١8 )kj.mol -١ ( ١9٣ )kj.mol -١ ( پیوند )ت( Br-F Br-Br Br-l در ادامه تصویرهای زیر را که نشاندهندۀ اثر میدان الکتریکی بر مولکولها است را در اختیار دانشآموزان قرار دهید )میتوانید از انیمیشن نیز استفاده کنید( و از آنها بخواهید به پرسشهای مطرح شده پاسخ دهند. برای مشاهدۀ انیمیشن )پویامنایی( به سایت گروه شیمی دفتر تألیف بخش راهنمای معلم مراجعه کنید. + + F 2 l F 2 l )١( )٢( )٣( )4( میدان الکتریکی وجود دارد میدان الکتریکی وجود ندارد شکل 5 185

١ بنی هر یک از شکلهای ١ و ٢ چه شباهتی وجود دارد بنی شکلهای ٣ و 4 چطور ٢ میدان الکتریکی بر کدام مولکولها تأثیر داشته است ٣ تأثیر میدان را بر مولکول l توجیه کنید. پاسخهای آنها را بشنوید و مطالب مورد نیاز را روی تابلو یادداشت کنید و موضوع را جمعبندی کنید. اکنون تصویر زیر را به دانشآموزان نشان دهید و از آنها بخواهید دربارۀ تصویر گفتوگو کنند و علت اختالف آنها را بیان کنند. پاسخ آنها را بشنوید اما در بارۀ درستی آنها اظهارنظر نکنید. سپس از آنها بخواهید به پرسشهای زیر پاسخ دهند. 2 l ابر الکترونی مولکول l ابر الکترونی مولکول ٢ شکل 6 ١ با توجه به جدول صفحۀ 46 کتاب درسی اختالف الکترونگاتیوی امتهای تشکیلدهندۀ هر مولکول را حساب کنید. ٢ با توجه به شکل صفحۀ 7١ آیا میتوانید دو واژۀ»پیوند کوواالنسی قطبی و ناقطبی«را به هر یک از شکلها ارتباط دهید ٣ در کدام تصویر ابر الکترونی اشتراکی بنی دو امت بهطور یکنواخت توزیع شده است 4 با توجه به توزیع ابر الکترونی در مولکول l در کدام قسمت تراکم ابر الکترونی بیشتر است 5 اگر میزان تراکم ابر الکترونی را با -δ )بار جزئی( نشان دهیم. عالمت +δ و -δ را روی هر امت قرار دهید. 6 پیوند کوواالنسی قطبی و ناقطبی را در یک جمله تعریف کنید. 7 با توجه به جدول صفحۀ 46 تعینی کنید بیشترین اختالف الکترونگاتیوی بنی کدام دو عنصر است پیوند بنی این دو عنصر یونی است یا کوواالنسی در پایان از دانشآموزان بخواهید مطالب صفحات 70 و 7١ را روخوانی کنند. 186

ارزشیابی پایانی با استفاده از جدول صفحۀ 46 و شکل صفحۀ 77 کتاب درسی نوع پیوندها را در جدول زیر تعینی کنید. مولکول اختالف الکترونگاتیوی نوع پیوند یونی کوواالنسی ناقطبی کوواالنسی قطبی l Br ٢ Nal N ٢ بر دانش خود بیفزایید پیوندهای کوواالنسی قطبی و ناقطبی هنگامی که مولکولهای l در یک میدان الکتریکی بین دو صفحۀ یک خازن قرار میگیرند همانند یونها جهتگیری میکنند )شکل 7(. l مولکولهای l در حضور میدان جهتگیری میکنند. شکل 7. مقایسه جهت گیری مولکول دو اتمی قطبی بدون حضور میدان و در حضور میدان الکتریکی مولکول l تنها دارای یک پیوند کوواالنسی یگانه بین اتمهای و l است. شکل باال نشان میدهد که این مولکول از سرمنفی )کلر( به سوی صفحۀ مثبت و از سر مثبت به سوی صفحۀ منفی جهتگیری میکند این جهتگیری بر مقدار بارالکتریکیای که دو صفحۀ باردار میتوانند نگه دارند اثر میکند. بهچنین پیوندهای کوواالنسیای که درآن یک اتم جزئی بار الکتریکی مثبت و دیگری جزئی بار الکتریکی منفی دارد پیوند کوواالنسی قطبی میگویند. بدیهی است 187

هرچه تفاوت الکترونگاتیوی اتمهای شرکتکننده در پیوند بیشتر باشد قطبیت پیوند بیشتر و توزیع ابر الکترونهای پیوندی نامتقارنتر خواهد بود. این الگو نشان میدهد که پیوندهای تشکیل شده از دو اتم یکسان و یا دو اتم با اختالف الکترونگاتیوی ناچیز پیوند کوواالنسی ناقطبی است )شکل 8(. شکل 8. توزیع ابر الکترونی پیوندی میان دو هستۀ یکسان در مقایسه با دو هستۀ متفاوت جهتگیری مولکولهای قطبی مانند l در میدان الکتریکی میان دو صفحۀ خازن پایهای برای اندازهگیری گشتاور دو قطبی است. )فاصله( )بار( = گشتاور دو قطبی گشتاور دو قطبی مولکولهای ناقطبی مانند ٢ ٢ 4 l و... برابر با صفر است اما با افزایش قطبیت مولکول گشتاور دو قطبی افزایش مییابد. لینوس پاولینگ گشتاور دو قطبی را برای محاسبۀ میزان خصلت یونی یک پیوند کوواالنسی بهکار برد. برای نمونه اگر پیوند در هیدروژن کلرید صددرصد یونی باشد باید یونهای + و - l دارای یک واحد بارالکتریکی ) ١9-١0 6/١( باشند. از سوی دیگر طول پیوند -l برابر با ١٢7 pm است. بنابراین گشتاور دو قطبی - l + برابر است با: )فاصله( )بار( = گشتاور دو قطبی = )١/6 ١0-١9 ( )١/٢7 ١0-١0 m(=٢/0٣ ١0-٢9.m گشتاور دو قطبی را برای مولکولها با یکای دبای )D( بیان میکنند. اگر یک دبای )D( هم ارز با ٣0-.m ١0 ٣/٣4 باشد گشتاور دو قطبی - l + برابر است با: + l - 29 1D.m 03 10 = 2/ گشتاور دو قطبی 6 / 08D 30 3 / 34 10.m گشتاور دو قطبی l که از آزمایش و اندازهگیری تجربی بهدستآمده برابر با 0٣/١ D است. بنابراین پیوند l نزدیک به ١6/9% خصلت یونی دارد. 188

گشتاور دو قطبی تجربی = درصد خصلت یونی پیوند کوواالنسی گشتاور دو قطبی نظری 100 1/ 03D = 100= % ١6/9 6 / 08D این نمونه نشان می دهد که شمار اندکی از پیوندها یونی و برخی کوواالنسی ناقطبی خالص اند. به دیگر سخن همۀ پیوندها در گسترۀ یونی تا کوواالنسی ناقطبی جای می گیرند. اگر مبنا تفاوت الکترونگاتیوی میان اتم های سازندۀ پیوند باشد نمودار زیر الگوی مناسبی برای پیوندهای یونی کوواالنسی قطبی و کوواالنسی ناقطبی است. الکترونگاتیوی و ماهیت پیوند یونی درصد یونی پیوند کوواالنسی اختالف الکترونگاتیوی شکل 9. درصد خصلت یونی بر حسب تفاوت الکترونگاتیوی در این نمودار F خصلت یونی بیش از %50 دارد به همین دلیل امروزه در منابع گوناگون دسته بندی زیر به کار می رود. پیوند یونی پیوند کوواالنسی قطبی پیوند کوواالنسی ناقطبی انتقال الکترون ها توزیع نامتقارن الکترونها توزیع یکنواخت الکترونها اختالف الکترونگاتیوی شکل 10. نوع پیوند براساس تفاوت الکترونگاتیوی اتم 189

میدانید که نماد شیمیایی عنصرها فرمولهای شیمیایی و معادلۀ شیمیایی بهترتیب هم ارز با حروف واژهها و جملهها )عبارتها( در زبان علمی شیمی هستند. هر معادلۀ شیمیایی موازنه شده نشان دهندۀ یک واکنش شیمیایی است که در آن با شکسته شدن برخی یا همۀ پیوندها در مواد واکنشدهنده و تشکیل پیوندهای جدید در فراوردهها آرایش اتمها و شیوۀ اتصال آنها به یکدیگر تغییر میکند. به واکنش زیر توجه کنید: انرژی آزاد شده به شکل گرما انرژی جذب شده امتها مرحله ١ مرحله ٢ شکسنت پیوند تشکیل پیوند واکنش Δ فراورده واکنش دهنده شکل 11. تغییر شیوه اتصال اتم ها به یکدیگر در یک واکنش شیمیایی چرا در این واکنش از تجزیۀ دو مولکول آب در پایان دو مولکول هیدروژن و یک مولکول اکسیژن تولید میشود و واکنش تا تولید چهار اتم هیدروژن و دو اتم اکسیژن متوقف نمیشود چه نیرویی اتمها را در مولکولهای ٢ ٢ و ٢ متصل به یکدیگر نگاه میدارد * پاسخ دانشآموزان به این پرسش عبارت است از وجود یک نیروی قوی یا پیوند شیمیایی به نام پیوند کوواالنسی! ولی این پاسخ دقیق و کاملی به پرسش شما نیست! پیوند کوواالنسی پیشوند»co«در زبان انگلیسی پیشوند»اشتراک«و واژۀ»Valence«هم ارز با»ظرفیت شیمیایی«است. به همین دلیل واژۀ»پیوند کوواالنسی«یادآور اشتراک الکترون های ظرفیت است. ساده ترین پیوند کوواالنسی پیوند میان دو اتم هیدروژن در مولکول ٢ است. هر اتم هیدروژن دارای یک پروتون و یک الکترون است. بین الکترون و پروتون در اتم هیدروژن دو نیروی کولنی )جاذبۀ الکترواستاتیک( و نیروی نیوتنی )جاذبۀ جرمی( وجود دارد. 2 e.e e F نیروی کولنی = = 2 2 r r F N=)m e.m p (/r 2 نیروی نیوتنی و F e ) 4 / 8 10 esu( = = F m.m 27 24 ) 10 g() 1/ 8 10 g( N e p 2 10 2 10 32 )esu( 2.g 2 190

* esu ١0 ٣ 9 ١ :esu یکای استات کولن برای اندازه گیری بار الکتریکی است. چون F بسیار بزرگ تر از F N است از این رو نیروهای کولنی اهمیت بیشتری دارند. انرژی پتانسیل کولنی )V( ناشی از F هم ارز است با: r :فاصلۀ میان بارهای الکتریکی همپوشانی زیاد )دافعه غالب( e V = r V 2 1 V یا r اگر دو اتم هیدروژن جدا از هم باشند انرژی الکترون در هر یک از آنها برابر با انرژی الکترون در حالت پایۀ )١=n( اتم هیدروژن است. با نزدیک شدن دو اتم به یکدیگر نیروهای جاذبه خودنمایی می کنند و آنها را بیشتر به هم نزدیک می کنند تا اینکه پس از همپوشانی ابر الکترونی پدید آمده از دو الکترون در فضای بین دو پروتون قرار می گیرند. این الگو نشان دهندۀ جذب دو پروتون به سوی چنین ابر الکترونی ای است. 2 1 1 با کاهش r مقدار افزایش مییابد در نتیجه ( (e =V نیز کاهش مییابد. r r کاهش انرژی پتانسیل این مجموعه هم ارز با کاهش محتوای انرژی آن و پایدارتر شدن است. این کاهش محتوای انرژی و یا افزایش پایداری نشان می دهد که دو اتم هیدروژن میل دارند با هم ترکیب شوند و یک مولکول پایدارتر ( ٢ ( تولیدکنند. نمودار زیر تغییر انرژی پتانسیل را برحسب فاصلۀ بین هسته هنگام تشکیل پیوند بین دو اتم هیدروژن نشان می دهد. بدون همپوشانی )بدون برهم کنش( اندکی همپوشانی )جاذبه غالب( حداکثر جاذبه انرژی پتانسیل 4٣6- کیلوژول بر مول )انرژی پیوند( فاصلۀ بنی هسته ها طول پیوند ) 75 پیکومتر( r)pm( شکل 12. نمودار انرژی پتانسیل برحسب فاصله میان هسته ها 191

هنگامی که دو اتم از یکدیگر دور باشند بهطوری که برهمکنشی نداشته باشند انرژی پتانسیل برابر با صفر است. با نزدیک شدن دو اتم به یکدیگر و خودنمایی جاذبه میان آنها انرژی پتانسیل کاهش مییابد. تا اینکه دافعه میان هستهها نیز خود را نشان میدهد. نزدیک شدن هستهها به یکدیگر تا جایی ادامه دارد که جاذبهها و دافعهها با یکدیگر برابری میکنند )تعادل( و انرژی پتانسیل به کمترین مقدار ممکن میرسد. این فاصلۀ تعادلی طول پیوند و انرژی آن نیز انرژی پیوند نام دارد. اگر فاصلۀ بین دو هسته از این مقدار کمتر شود )0 r( انرژی پتانسیل دافعه )به سمت مثبت نمودار( میان هستهها چیره شده ) V( و بسیار بزرگ خواهد شد )ناپایداری(. بنابراین پایدارترین حالت برای این مجموعه درفاصلۀ تعادلی هستهها و یا کمترین انرژی پتانسیل است. اینک به آسانی میتوان دریافت که چرا در واکنش گرماده فلز سدیم با آب گاز هیدروژن با مولکولهای ٢ تولید میشود نه اتمهای! * تنها باید به این نکته توجه داشت که در بیشتر موارد»طول پیوند با انرژی پیوند رابطۀ وارونه دارد«! برای نمونه پیوند F-F و l-l به ترتیب دارای طول پیوند ١4٣pm و ١99pm است ولی آنتالپی پیوند آنها به ترتیب ١57 و ٢4٣ کیلو ژول برمول است که از قاعدۀ»رابطۀ وارونه بین طول با انرژی پیوند«پیروی نمیکند! دلیل این است که گاهی تراکم زیاد ابر الکترونی روی اتمهای تشکیلدهندۀ پیوند در حجمکم )اتمهایF بسیارالکترونگاتیو بودهوحجمکمیدارند( نیرویدافعۀقابلمالحظهای پدید میآورد که باعث کاهش قدرت و درپی آن انرژی پیوند میشود. 192

واحد یادگیری 3 و 4 روش تدریس پیشنهادی توصیه میشود که به شرح زیر عمل کنید: ١ دانشآموزان صفحههای 7٣ 7٢ و 74 را تا ابتدای ساختار لوویس برای مولکولهای چند امتی در گروه خود روخوانی کنند. ٢ آرایش لوویس -l را روی تابلو رسم کنید و از آنها بخواهید l دربارۀ آن هرچه میدانند بیان کنند. ٣ پس از شنیدن نظر دانشآموزان موضوع را جمعبندی کنید و مفهوم و معنی ساختار لوویس را مجددا توضیح دهید. 4 از گروهها بخواهید تا منونۀ حل شدۀ صفحۀ 74 را بررسی کنند و بر اساس راهحل ارائه شده آرایش لوویس F 4 را رسم کنند. به آنها فرصت کافی بدهید فعالیت آنها را نظارت و در صورت نیاز راهنمایی کنید. 5 از دانشآموزان بخواهید»خود را بیازمایید«را به عنوان ارزشیابی مستمر پاسخ دهند. 6 سپس از دانشآموزان بخواهید منونۀ حل شدۀ صفحۀ 77 را در گروه خود بررسی کنند و براساس روش ارائه شده ساختار لوویس را رسم کنند )وقت کافی و نظارت را فراموش نکنید(. در پایان از گروهها بخواهید که آرایش لوویس گونههای زیر را در خانه رسم کنند و به کالس بیاورند. هدفهای آموزشی انتظار میرود دانشآموز در پایان این واحد یادگیری: ١ با آرایشهای الکترون نقطهای )لوویس( ذرههای شیمیایی آشنا شود. ٢ مهارت رسم آرایش لوویس ذرههایی را که در آنها امت مرکزی اکتت شده است در خود تقویت کند. ٣ با مفهوم الکترونهای پیوندی و ناپیوندی آشنا شود. ارزشیابی تشخیصی ١ مولکول چند الکترون ظرفیت دارد ٢ امت کربن در ترکیبهای خود چند پیوند میدهد ٣ آیا امت هیدروژن میتواند دو پیوند کوواالنسی تشکیل دهد N ٢ 4 N 2 + S 2 3 2 3 N+ 4 S ٢ N Sil 4 SiF 4 F ٢ N3 N 2 S ٢ NF ٣ ٢ ٢ ٣ ٣ ٣ S ٢ N )در ٢ 4 l این ترکیب امت های N به هم وصل اند( l 4 PBr ٣ ٢ S 4 N ٣ S ٢ l ٢ راهنمایی: در اسیدهای اکسیژن دار هر امت به یک امت اکسیژن متصل است. در جلسۀ آینده با مشارکت دانش آموزان آرایش های لوویس باال را بررسی کنید و در پایان از آنها بخواهید که آرایش های درست را در قالب یک پوستر رسم کنند. در عنی حال یادآوری کنید که دانش آموزان همراه خود مقوا بیاورند. 193

امت عنصرهای تناوب سوم به دلیل برانگیختهشدن نسبت به امت عنصرهای همگروه خود در تناوب دوم میتوانند ظرفیت بیشتری برای تشکیل پیوند کوواالنسی داشته باشند. توجه کنید: هرگونه ارزشیابی دربارۀ آرایش لوویس اسیدهای اکسیژندار که تعداد آنها مشخص نیست مجاز نیست. برای منونه آرایش لوویس فسفرواسید و هیپوفسفرو اسید نباید بررسی شوند. بر دانش خود بیفزایید آرایش الکترون نقطهای )آرایش لوویس( آ ) آرایش لوویس مولکول و یونهایی که از قاعدۀ اکتت تبعیت میکنند. برای بهدست آوردن آرایش لوویس این دسته از مواد عالوه بر روش کتاب میتوان بهصورت زیر عمل کرد: ١ تعداد کل الکترون های الیۀ ظرفیت را حساب کنید. = تعداد کل الکترون های الیۀ ظرفیت تعداد بار مثبت - تعداد بار منفی + )تعداد هر اتم تعداد الکترون الیۀ ظرفیت آن اتم( ٢ تعداد کل الکترون های الزم برای اکتت شدن را به دست آورید: ٣ تعداد پیوندها را طبق رابطۀ زیر تعیین کنید: = تعداد کل الکترون های الزم برای اکتت شدن )تعداد سایر اتم ها 8( + )تعداد اتم های ٢( تعداد کل الکترون های الیۀ ظرفیت - تعداد کل الکترون های الزم برای اکتت شدن = تعداد پیوندها ٢ 4 اتم مرکزی را بنویسید و اتم های کناری را با این تعداد پیوند به آن متصل کنید. سپس تمام اتم ها را اکتت کنید. توجه: در رسم آرایش لوویس به قواعد زیر دقت کنید. ١ اتمهای هیدروژن و فلوئور همواره اتم کناری هستند. ٢ اگر اتمهای هالوژنها اتم کناری باشند یک پیوند میدهند. ٣ اتم اکسیژن میتواند یک یا دو پیوند بدهد )اکسیژن فقط در + ٣ و + N سه پیوند میدهد(. 4 اتم کربن همواره چهار پیوند میدهد )بهجز.) 5 اتم نیتروژن هیچگاه پنج پیوند نمیدهد. 194

برای نمونه برای رسم کردن آرایش لوویس یون آزید داریم: N 3 ٣ 5(+١=١6 (=تعداد کل e های ظرفیت )١ ٣ 8=٢4 =تعداد کل e های الزم برای اکتت شدن )٢ = 4 = تعداد پیوند ٣( 2416 2 چون اتمهای N N N کناری یکسانند باید اتمها N N N (N N N) پس پیوندهای اکتت شوند باقیمانده بهطور یکسان تقسیم میشود ٢ S 4 ٢ ١(+)6 ١(+)4 6(=٣٢ (=تعداد کل e های ظرفیت )١ ٢ ٢(+)5 8(=44 (=تعداد کل e های الزم برای اکتت شدن )٢ 44 32 = 6 = تعداد پیوند ٣( 2 S اتمها باید اکتت شوند S در شکل زیر آرایش لوویس تعدادی از ترکیب های شیمیایی ارائه شده است. ( N ) ( N N ) 2 آ( 2 N 2 )یون سیانامید( ب( + 2 N )یون نیترونیوم( 3 B پ( ٣ ٢ )سوبواکسید( ت( 3 B 3 )یون بورات( l S l ث( ٣ B )یون پربورات( ج ) ٢ S ٢ l )سولفوریل کلرید( B (N N N N N) + :N 5 + چ( یون 195

ب( آرایش لوویس ذرههایی که از قاعدۀ اکتت تبعیت نمیکنند. این ذرهها را میتوان در دو دستۀ زیر بررسی کرد. 1 گونههایی که الیۀ ظرفیت اتم مرکزی در آنها کمتر از 8e دارد. برای رسم آرایش لوویس این ذرهها ابتدا تعداد eهای الیۀ ظرفیت را حساب کنید. سپس اتم مرکزی را بنویسید و اتمهای کناری را با یک پیوند به آن متصل کنید. در ادامه اتمهای کناری را اکتت کنید. سپس مطمئن شوید که تعداد الکترونهایی که در آرایش لوویس به کار بردهاید با تعداد eهای الیۀ ظرفیت برابر است. برای نمونه BF ٣ )هالوژن X=, ٣ )BX F B F F ٣ ١(+)7 ٣(=٢4 (=تعداد کل e های ظرفیت در آرایش لوویس BeFو ٢ All ٣ نیز اتم مرکزی از قاعدۀ اکتت تبعیت نمی کند: All ٣ BeF ٢ l Al l l F Be F * ( ٢ BeF بهصورت پلیمر و All ٣ بهصورت دیمر هستند(. 2 گونههایی که الیۀ ظرفیت اتم مرکزی در آنها بیش از 8e دارد. برای رسم آرایش لوویس این ذرهها همانند باال عمل کنید با این تفاوت که در مرحلۀ آخر پس از اکتت کردن اتمهای کناری باید تعداد الکترونهای چیده شده را بشمارید و اگر الکترونی اضافه باقی ماند آن را روی اتم مرکزی قرار دهید برای نمونه: ٣ 7(+١=٢٢e (=تعداد کل e های الیۀ ظرفیت )١ I 3 )یون تری یدید( ٢( I I I )١6e چیده شده است پس 6e هنوز باقی است.( ٣( I I I شکل صفحۀ بعد آرایش لوویس تعدادی از ذرههای شیمیایی که الیۀ ظرفیت اتم مرکزی آنها گسترش یافته و بیش از 8e دارد را نشان میدهد: 197

l l P l : F F S F l l F آ( SF 4 )گوگرد تترافلوئورید( ب( Pl 5 )هالوژن = X PX 5, فسفر پنتا کلرید فسفر پنتا هالید( F l F F F S F ت( lf ٣ )کلرتری فلوئورید( 2 ) Pl6, SiF 6 پ(, SF 6 ( )گوگرد هگزافلوئورید یون سیلیسیم هگزا فلوئورید F Xe F یون فسفر هگزاکلرید( F : F ث( XeF ٢ )زنون دی فلوئورید( ج( XeF 4 )زنون اکسی تترا فلوئورید( F F F F F Xe F مولکول هایی که الکترون فرد دارند از قاعدۀ هشت تایی تبعیت نمی کنند و ناپایدارند + N ۲ N برای نمونه نیتروژن N دی اکسید دارای ١7. N le + le ( N ) + N الکترون است. این مولکول با انجامدادن واکنش های زیر به آرایش پایدارتر میرسد. + l. N l * تعداد الکترون های الیۀ ظرفیت مولکول های l و lf 4 نیز فرد و. - l F F l. F F است و این ذره ها مانند رادیکال عمل می کنند. 198

فرمهای رزونانسی و ترتیب پایداری آنها جهت بررسی پایداری فرمهای رزونانسی به بار قراردادی نیاز داریم. مطابق تعریف بار قراردادی نشان میدهد که یک اتم در یک ترکیب چند الکترون از الکترونهای الیۀ ظرفیت خود کمتر یا بیشتر دارد. رابطۀ زیر نحوۀ محاسبه بار قراردادی را نشان میدهد. تعداد الکترون هایی که آن اتم در ترکیب دارد - تعداد الکترون های الیۀ ظرفیت اتم= بار قراردادی اتم به عبارت دیگر تعداد الکترونهای الیۀ ظرفیت اتم = بار قراردادی نصفتعدادالکترونهای + ناپیوندی روی آن اتم پیوندی آن اتم تعداد الکترونهای ( ) برای نمونه بار قراردادی اتم ها در چند گونه در زیر نشان داده شده است. 1 1 1 1 N N N 1 0 1 2 N N آ ) ب( 1 1 0 0 0 P 0 پ ) ت( 1 0 0 N جمع بارهای قراردادی اتم ها در یک گونه با بار الکتریکی گونه برابر است. پایداری فرمهای رزونانسی از قواعد زیر پیروی میکند: ١ فرم رزونانسیای پایدارتر است که تمام اتمهای آن اکتت باشند. ٢ فرم رزونانسیای پایدارتر است که بار قراردادی نداشته باشد یا بار قراردادی کمتری داشته باشد. 199

٣ هرچه پخش بار بیشتر باشد پایداری فرم رزونانسی بیشتر است. 4 فرم رزونانسیای پایدارتر است که بار منفی روی اتم الکترونگاتیوتر و بار مثبت روی اتم الکتروپوزیتیوتر باشد. به نمونههای زیر که درآن ترتیب پایداری فرمهای رزونانسی مقایسه شده است توجه کنید. آ( اتم کربن اکتت نیست. همۀ اتمها اکتتاند )پایدارتر(. مطابق قاعده 1 0 1 ب( P 0 P 1 بار قراردادی دارد. بار قراردادی ندارد )پایدارتر(. مطابق قاعده 2 پ( 1 1 1 2 1 0 N N N > N N N بارهای قراردادی بیشتر بارهای قراردادی کمتر پخششدهاند )پایدارتر(. مطابق قاعده 3 پخششدهاند. 1 0 N > ت( بار قراردادی منفی روی اتم الکترونگاتیوتر است )پایدارتر(. 0 1 بار قراردادی منفی روی N اتم الکتروپوزیتوتر است. مطابق قاعده 4 200

توجه کنید: مولکولهایی که قاعدۀ اکتت را نقض میکنند به دو دسته تقسیم میشوند. آ( مولکولهایی که الیۀ ظرفیت اتم مرکزی آنها کمتر از 8e دارند برای نمونه: BeX ٢ ٣ AlX ٣.)X= F,l,Br( BX این مولکولها در طبیعت به صورتهای مختلف پایدار میشوند. برای نمونه BeX ٢ بهصورت پلیمر و All ٣ بهصورت دیمر در طبیعت یافت میشوند. ب( مولکولهایی که الیۀ ظرفیت اتم مرکزی آنها بیش از 8e دارد این مولکولها پایدارند. از آنجا که تشکیل پیوند سبب آزاد شدن انرژی میشود گسترش الیۀ ظرفیت با تشکیل پیوندهای بیشتر همراه است. بههمین دلیل مولکولهایی مانند XeF 4 SF 6 Pl 5 و... پایدارند. هیبرید رزونانسی و مرتبۀ پیوند ترکیبهایی که بیش از یک فرم رزونانسی دارند در طبیعت به هیچ یک از این فرمها یافت منیشوند بلکه به صورت هیبریدی از فرمهای رزونانسی هستند. هیبرید رزونانسی در واقع فرم جدیدی است که با هر یک از فرمهای رزونانسی تفاوت دارد و توجیه کننده خواص فیزیکی و شیمیایی یک گونه است. در عنی حال فرمهای رزونانسی را میتوان برای مطالعه آرایش لوویس تعینی شکل هندسی و... بهکار برد. در شکل زیر فرمهای رزونانسی هیبرید رزونانسی مرتبۀ پیوند و بار قراردادی امتها برای N3,S ٣ ارائه شده است. 1 S 2 1 1 1 S 2 S 1 2 S 2 3 فرم های رزونانسی 1 = 1 3 مرتبه پیوند هیبرید رزونانسی +2 8 e 3 تعداد الکترون های پیوندی = 201 S 2 3 2 3 تعداد الکترون های ناپیوندی = 16 e 3

روش تدریس پیشنهادی واحد یادگیری 5 توصیه می شود که ساختارهای لوویس 3 را روی تابلو ترسیم کنید و از دانش آموزان بخواهید که به پرسش های زیر پاسخ دهند. ١ آیا در این دو آرایش لوویس متام امت ها اکتت اند ٢ آیا این دو آرایش لوویس باهم تفاوت دارند ٣ آیا امت های اکسیژن ستاره دار در دو ترکیب یکسان اند 4 فرض کنید دوربینی در اختیار دارید که می توانید از مولکول های اوزون عکس بگیرید. در آن صورت آیا اکسیژن ستاره دار در شکل )١( همواره پیوند یگانه خواهد داشت است. 5 آیا انرژی پیوندهای اکسیژن اکسیژن در مولکول اوزون برابر است 6 آیا طول پیوندهای اکسیژن اکسیژن در مولکول اوزون برابر است 7 آیا اساسا این دو آرایش لوویس برای اوزون وجود دارد پاسخ را بشنوید اما قضاوتی دربارۀ آنها نکنید. حال گزارش زیر را روی تابلو بنویسید. مطالعات دانشمندان نشان می دهد که: ١ انرژی پیوندهای اکسیژن اکسیژن در اوزون یکسان است. ٢ طول پیوندهای اکسیژن اکسیژن در اوزون یکسان است. ٣ طول پیوندهای اکسیژن اکسیژن در اوزون از یگانه کوتاه تر و از دوگانه بلندتر حال براساس این واقعیت مجددا پرسش های باال را بررسی کنید و پاسخ دهید. پس از شنیدن پاسخ ها موضوع را جمع بندی کنید و توضیح کاملی دربارۀ هیبرید رزونانسی و فرم های رزونانسی ارائه دهید. هدفهای آموزشی انتظار میرود دانشآموز در پایان این واحد یادگیری: ١ با فرمهای رزونانسی اوزون آشنا شود. ٢ مفهومهیبرید رزونانسی را درک کند. ٣ مفهوم پیوند داتیو را درک کند. 4 ایننکتهراکهپیوند داتیو اساسا یک پیوند کوواالنسی است درک کند. 5 مهارت نامگذاری ترکیبهای مولکولی را در خود تقویت کند. ارزشیابی تشخیصی ١ نام SF 4 چیست ٢ آیا برای تشکیل یک پیوند کوواالنسی همواره هر امت باید یک e به اشتراک بگذارد * * )١( )٢( استفاده از مثال گل رز صورتی و قاطر برای توضیح این پدیده بسیار مناسب است. در ادامه از دانش آموزان بخواهید صفحه های 79 78 و 80 را نام گذاری و با استفاده از عدد اکسایش روخوانی کنند. پس از روخوانی مطالب با سخنرانی موضوع را جمع بندی کنید. 203

بر دانش خود بیفزایید نحوۀ محاسبه عدد اکسایش عدد اکسایش یک امت در یک گونه برابر با بارالکتریکی نسبیای است که به امت آن عنصر براساس اختالف الکترونگاتیوی با دیگر امتهای متصل به آن نسبت داده میشود. به کمک قواعد زیر میتوان عدد اکسایش را حساب کرد. ١ عدد اکسایش عنصرها در حالت آزاد برابر صفر است. ٢ عدد اکسایش فلزها در ترکیب همواره مثبت بوده و با بار الکتریکی کاتیون آنها در ترکیب برابر است )عدد اکسایش فلزهای واسطه متغیر است(. )+١( = عدد اکسایش K در ] 6 K[PF ٣ عدد اکسایش یون تکامتی با بار آن برابر است. N ٣- : )-٣( I - : )-١( و u ٢+ : )+٢( 4 فلوئور در متام ترکیبهایش عدد اکسایش ١- دارد. 5 عدد اکسایش هیدروژن در متام ترکیبهای کوواالنسی )١+( و در هیدریدها )١-( است. 6 عدد اکسایش اکسیژن در همه ترکیبها به جز F ٢ برابر با ٢- است. عدد ١ اکسایش اکسیژن در حالت پراکسید ١- و در حالت سوپراکسید - است )اکسیژن ٢ در حالت پراکسید همواره بهصورت - - - وجود دارد(. 7 مجموع عددهای اکسایش امتهای یک گونه با بار الکتریکی آن گونه برابر است. برای منونه عدد اکسایش امتهای l و S در ترکیبهای سدمیپرکلرات و سولفوریل کلرید برابر است با: آ( عدد اکسایش l در Nal 4 )+١( + l + )4-٢( = 0 l = +7 ب( عدد اکسایش S در S 2 l 2 S + )٢-٢( + )٢-١( = 0 S = +6 8 هرگاه یک ترکیب یونی )با کاتیونها و آنیونهای چند امتی( دارای چند امت از یک عنصر )که اغلب امت مرکزی نیز هست( باشد برای یافنت عدد اکسایش بهتر است فرمول کاتیون را از آنیون جدا کنید سپس در هرکدام عدد اکسایش امت موردنظر را بهدست آورید. برای منونه عدد اکسایش N در آمونیوم نیترات برابر ١+ نیست بلکه نیتروژن دارای دو عدد اکسایش ٣- و 5+ است. 204

N 4 + : N + )4( = ١ N = -٣ N 4 N 3 N 3 - : N + )٣ ٢( = -١ N = +5 عدد اکسایش برخی از امت ها در ترکیب های زیر نشان داده شده است. N 2 آ( ب( Na 3 P 4 پ( - ٢-٣ +5 +٢ ت( 3 ث( 2 F 2 ج( l 3 +5 +١ 0 چ( BaMn 4 ح( Na 3 B 3 خ( S 2 l 2 +١ +٣ +6 د( N 2 l ذ( K 2 ١ )- ( +5 ٢ در جدول ١ برخی از ویژگی های اکسیدهای نیتروژن و عدد اکسایش نیتروژن در هریک از آنها ارائه شده است. جدول 1. ساختار و خواص اکسیدهای نیتروژن فرمول ترکیب نام ترکیب ساختار لوویس مدل فضاپرکن عدد اکسایش برخی از خواص N فیزیکی +٢ و 0 دینیتروژن اکسید نیتروژن )I( اکسید بی رنگ خنده آور بی هوش کننده N N N 2 +٢ نیتروژن اکسید نیتروژن )II( اکسید بیرنگ پارامغناطیس آالینده هوا پیامرسان بیوشیمیایی.N N +4 و +٢ دی نیتروژن تریاکسید نیتروژن ) III (اکسید قهوه ای متمایل به قرمز N N N 2 3 205

+4 نیتروژن دیاکسید نیتروژن )IV( اکسید قهوهای پارامغناطیس آالیندۀ سمی هوا. N N 2 دینیتروژن تترااکسید +4 نیتروژن )IV( اکسید بی رنگ N N N 2 4 +5 دینیتروژن پنتااکسید نیتروژن )V( بیرنگ جامد فرار N N N 2 ٥ اکسید گسترۀ عدد اکسایش با توجه به تعریف عدد اکسایش هرگاه ترکیب یک عنصر از گروه ١8 را یونی فرض کنیم )عنصر گروه ١8( میتواند حداکثر 8 e از دست بدهد بنابراین بیشترین مقدار عدد اکسایش برابر 8+ است که در ترکیب Xe 4 میتوان به Xe نسبت داد. همچننی کمترین مقدار عدد اکسایش برابر 4- خواهد بود. این عدد اکسایش در ترکیبهای عنصرهای گروه ١4 یافت میشود. جدولهای ٢ و ٣ عددهای اکسایش متداول و همچننی گسترۀ عدد اکسایش را در هریک از گروههای اصلی نشان میدهند. کمتر متداول متداول حالت اکسایش عدد امتی منودار عددهای اکسایش مهم برای عنصرهای اصلی 206

جدول 2. عددهای اکسایش متداول و مشاهده شدۀ عنصرهای اصلی ١4 ١5 ١6 ١7 +4 +5 +6 +7-4 -٣-٢ -١ گسترۀ تغییر عدد اکسایش برای عنصرهای گروه ١4 تا ١7 در ترکیب های گوناگون جدول 3. عدد اکسایش و آرایش الیۀ ظرفیت عنصرهای واسطه عنصر گروه آرایش الیۀ ظرفیت عدد اکسایش 207

یافت شود. عنصرهای گروه ١٣ در ترکیب های خود عدد اکسایش 5+ ندارند. عنصر اکسیژن می تواند در یک ترکیب به هر دو حالت اکسید و پراکسید با توجه به دو واقعیت باال برای محاسبۀ عدد اکسایش در مواردی که ترکیب موردنظر ساختار پیچیده دارد باید از روش دیگری کمک گرفت. برای منونه عدد اکسایش B در NaB 3 و عدد اکسایش P در Na 2 P 2 8 چند است پاسخ: اگر مطابق قواعدی که گفته شد عدد اکسایش B را حساب کنیم دارمی: ١+ B + )٣-٢( = 0 B = +5 توجه کنید امت B به گروه ١٣ تعلق دارد. آیا عدد اکسایش 5+ برای B درست است خیر بنابراین میتوان نتیجه گرفت که عدد اکسایش امتهای اکسیژن همگی در NaB 3 برابر ٢- نیست. از اینرو برای یافنت عدد اکسایش B و اکسیژن باید به روش زیر عمل کنیم. ١ فرض کنید در این ترکیب امت اکسیژن به هر دو حالت ٢- و ١- یافت میشود. ٢ تعداد امتهای اکسیژن با عدد اکسایش ٢- را برابر a و تعداد امتهای اکسیژن با عدد اکسایش ١- را برابر b فرض کنید. در نتیجه: a: )-٢( NaB 3 b: )-١( از سوی دیگر با توجه به فرمول ترکیب میتوان نوشت: تعداد کل امتهای اکسیژن: = ٣ b a + جمع جبری عددهای اکسایش متام امتهای موجود در ترکیب )-٢ a( + ) -١ b( + )١( + )+٣( = 0 * عدد اکسایش بور در این ترکیب برابر ٣+ است زیرا به گروه ٣ اصلی تعلق دارد. از طرف دیگر اگر همۀ اکسیژنها عدد اکسایش ١- داشته باشند در آن صورت عدد اکسایش بور ٢+ میشود که مفهومی ندارد. حال با حل معادلۀ دو مجهولی باال می توان a و b را به دست آورد. a + b = ٣-٢a -b = -4 -a = -١ a = ١ b = ٢ 208

پس در این ترکیب یک امت اکسیژن به صورت ٢- و دو امت اکسیژن به صورت ١- است. به کمک این روش می توان آرایش لوویس ترکیب هایی با ساختار پیچیده را به دست آورد. برای منونه آرایش لوویس ترکیب های NaB 3 Na 2 P 2 8 ٥ Na 3 P 3 9 r و Na ٥ P 3 10 با این روش مشخص شده است. آ( سدمی بیس پراکسی فسفات Na 2 P 2 8 P 2 8 و + ٢Na نوشت. این منونه یک ترکیب یونی است که می توان آن را به صورت - ٢ پس باید تعداد امت های در حالت اکسید و پراکسید مشخص شود. به این منظور چننی a + b = 8 )١( فرض می کنیم: تعداد امت های در حالت اکسید = a تعداد امت های در حالت پراکسید = b و خواهیم داشت: از سوی دیگر با توجه به اینکه جمع جبری عددهای اکسایش عنصرهای یک گونۀ شیمیایی با بار آن گونه برابر است می توان نوشت: )-٢ a( + )-١ b( + )5 ٢( = -٢ )٢( عدد اکسایش عدد اکسایش عدد اکسایشP در اکسید در پراکسید از حل دو معادلۀ ١ و ٢ به تعداد اکسیژن ها که در حالت اکسید و پراکسید در a = 4 P 2 8 حضور دارند پی می برمی. ٢ - b = 4 P 2 8 به این ترتیب رسم می شود. و ساختار لوویس - ٢ 2 P P +, 2Na ب( سدمی بورات :Na 3 B 3-٢a - b + ٣ = -٣ a + b = ٣ 3 B +, 3Na 209

پ( سدمی پربورات :NaB 3-٢a - b + ٣ = -١ a + b = ٣ B +, Na ت( بیس پراکسی اکسوکروم r ٥-٢a - b + 6 = 0 a + b = 5-٢a - b + )٣ 5( = -٣ a + b = 9 r ث( تری سدمی تری متافسفات :Na 3 P 3 9 3 P P P +, 3Na پس از تشخیص اینکه اکسیژن در یک ترکیب اکسید یا پراکسید تشکیل داده است میتوان آرایش لوویس آن ترکیب را رسم کرد. ج( سدمی تری فسفات :Na ٥ P 3 10-٢a - b + )٣ 5( = -5 a + b = ١0 5 P P P +, 5Na عدد اکسایش کربن در ترکیبهای آلی امت کربن در ترکیبهای آلی عددهای اکسایش گوناگون دارد در نتیجه برای تعینی عدد اکسایش هریک از امتهای کربن ابتدا باید ساختار گستردۀ ترکیب آلی را رسم کنید سپس با استفاده از رابطۀ زیر عدد اکسایش را بهدست بیاورید. = عدد اکسایش امت کربن در ترکیب آلی تعداد الکترونهای نسبت داده شده به آن تعداد الکترونهای الیۀ ظرفیت کربن 210

با جایگزینی تعداد الکترونهای الیۀ ظرفیت کربن در رابطۀ صفحۀ قبل خواهیم داشت: تعداد الکترونهای نسبت داده شده به آن امت در ترکیب آلی - 4 = عدد اکسایش کربن برای تعینی تعداد الکترونهای نسبت داده شده به کربن در یک ترکیب آلی از قواعد زیر کمک بگیرید: آ( الکترونهای پیوندی میان امتهای و برای امت کربن درنظر گرفته میشوند زیرا الکترونگاتیوی از بیشتر است. ب( الکترونهای پیوندی میان دو امت بهطور مساوی برای هریک از آنها درنظر گرفته میشوند. پ( الکترونگاتیوی از بیشتر است پس الکترونهای پیوندی میان این دو امت باید به امت اکسیژن نسبت داده شوند. ت( الکترونهای پیوندی میان N و نیز برای امت نیتروژن درنظر گرفته میشوند. در ادامه به کمک این قواعد عدد اکسایش امتهای کربن را در چند ترکیب آلی مشخص میکنیم. 3 +٣ = 4-)١+0+0( = 1 : عدد اکسایش 2 = 4 - )٢ +٢+٢+١( = -٣ 2 1 منونه 1 استیک اسید منونه 2 5 2 4 1 3 3 آسپرین )استیل سالیسیلیک اسید( +٣ = 4-)١+0+0( = 1 : عدد اکسایش 2 = 4 - )٢ +١+١( = 0 3 = 4 - )١+٢ +٢+٢( = -٣ 4 = 4 - )٢ +١+0( = +١ 211 ٥ = 4 - )١ +٢+٢( = -١

منونه 3 2 2 1 2 3 5 4 ویتامنی )آسکوربیک اسید( -١ = 4-)٢+٢+١+0( = 1 : عدد اکسایش 2 = 4 - )١+٢ +٢+١( = -٢ 3 = 4 - )١+٢ +١+0( = 0 4 = 4 - )0 +0+١( = +٣ ٥ = 4 - )١ +٢+0( = +١ منونه 4 عدد اکسایش بهمنظور نشان دادن مسیر جابهجایی و انتقال الکترونها در واکنشهای اکسایشکاهش تعریف میشود. 2 3 1 سینامالدهید +١ = 4-)١+0+٢( = 1 : عدد اکسایش 2 = 4 - )٢ +٢+١( = -١ 3 = 4 - )٢+١+١( = 0 منونه 5 1 4 3 2 212

آلیزارین +١ = 4-)٢+١+0( = 1 : عدد اکسایش 2 = 4-)٢+١+٢( = -١ امتهای کربن عددهای اکسایش متفاوت و متغیری را میتوانند اختیار کنند از اینرو منیتوان میانگنی عددهای اکسایش امتهای کربن را برای همه امتهای در یک ترکیب آلی بهکار برد. 3 = 4-)٢+١+١( = 0 4 = 4-)١+0+١( = +٢ چنانکه مشاهده میشود امتهای کربن عددهای اکسایش متفاوت و متغیری را میتوانند اختیار کنند از اینرو منیتوان میانگنی عددهای اکسایش امتهای کربن را برای همۀ امتهای در یک ترکیب آلی بهکار برد. شبیه این شرایط در ترکیبهای یونی نیز که چند امت از یک عنصر وجود دارد دیده میشود. برای منونه در سدمی تتراتیونات Na 2 S 4 6 دو امت گوگرد دارمی که عدد اکسایش یکی صفر است و دیگری عدد اکسایش 5+ دارد و منیتوان برای هردو امت عدد اکسایش میانگنی یعنی 5/٢+ را درنظر گرفت. روشی دیگر برای محاسبۀ عدد اکسایش 2 S S S S +, 2Na برای تعینی عدد اکسایش به کمک فرمول گستردۀ ترکیب میتوان به این روش نیز عمل کرد: * امتهای همسایه با امت موردنظر را درنظر بگیرید. * عدد اکسایش امت موردنظر را تعینی کنید. برای این منظور از این قاعدهها استفاده کنید: آ( برای دو امت یکسان که در کنار هم قرار دارند عدد اکسایش تعینی منیشود. ب( اگر امت اکسیژن فقط با یک امت دیگر پیوند داشته باشد عدد اکسایش ٢- دارد و عدد اکسایش امت متصل به آن ٢+ است. پ( اگر امت اکسیژن با دو امت پیوند داشته باشد عدد اکسایش ٢- است و به هر یک از امتهای متصل به آن عدد اکسایش ١ + نسبت میدهیم. ت( عدد اکسایش امت ١+ است پس عدد اکسایش امت به ازای هر متصل به آن )١-( درنظر گرفته میشود. 213

یک منونه دیگر در استیک اسید و سیتریک اسید چننی دارمی: = 1 عدد اکسایش عدد اکسایش در برابر + عدد اکسایش در برابر + عدد اکسایش در برابر = 0 + ٢ + ١ = +٣ = 2 عدد اکسایش عدد اکسایش در برابر + عدد اکسایش در برابر ها = -٣ + 0 = -٣ 3 2 1 1 2 3 2 2 214