فصل دوم: رفتار اتم ها با یکدیگر

ذره‌هاي سازنده مواد

بيشتر عنصرها در طبيعت به حالت آزاد (عنصري) يافت نمي‌شوند: بلکه به حالت ترکيب وجود دارند. ذره‌هاي سازنده اين ترکيبات يا مولکولي هستند يا يوني.

ترکيبات يونی

مواد مرکبي هستند که ذرات سازنده آن‌ها يون‌هاي مثبت و منفي مي‌باشند. مانند: نمک خوراکي(سديم کلريد)، پتاسيم پرمنگنات، کات کبود‌ و سديم فلوئوريد.

ترکيبات مولکولی

مواد مرکبی هستند که ذرات سازنده آن‌ها مولکول‌ها مي‌باشند. مانند: آب، شکر، اتانول، آمونياک، ضد يخ و کلسيم اکسيد (آهک)‌.

مقايسه ترکيبات يونی با ترکيبات مولکولی از لحاظ رسانایی

ترکيبات يوني ساختار يوني دارند. بنابراين يون‌هاي با بار اکتريکي منفي و مثبت قادرند در محلول حرکت کنند و سبب رسانايي جريان برق در آن شوند. به اين دليل اگر يک ترکيب يوني مثل پتاسيم پرمنگنات را در آب حل کنيم يون‌هاي سازنده‌ي آن در سراسر محلول پخش مي‌شوند و محلول حاصل سبب رسانايي جريان برق مي‌شود. اما مولکول‌ها چون بار الکتريکي ندارند رساناي جريان برق هم نيستند‌.

پس اگر ترکيبي که ذره‌هاي سازنده‌ي آن مولکول‌ها هستند، مثل شکر و اتيلن گليکول را در آب حل کنيم، مولکول‌ها در سراسر محلول پخش مي‌شوند، اما محلول به دست آمده رساناي جريان برق نمي‌باشد‌.

پيوند ميان اتم‌ها در مواد

پيوند يونی

در اين پيوند که معمولاً بين يک فلز و نافلز تشکيل مي‌شود، يک اتم الکترون از دست مي‌دهد و به يون مثبت (کاتيون) تبديل مي‌شود و اتم ديگر همان الکترون را مي‌گيرد و به يون منفي(آنيون) تبديل مي‌شود. چنين جاذبه‌اي بين يون‌هاي منفي و مثبت، پيوند يوني ناميده مي‌شود. مانند: تشکيل نمک خوراکي که به شکل زير است:

نمک خوراکي → گاز کلر + فلز سديم

در اين تغيير شيميايي گاز زرد رنگ و سمي کلر با فلز براق و خطرناک سديم با هم ترکيب شده و به سديم کلريد سفيد تبديل شده که در آن يون‌هاي مثبت سديم و منفي کلر به صورت يک در ميان کنار هم قرار مي‌گيرند‌. در چنين واکنش‌هايي اتم‌ها تمايل دارند با از دست دادن الکترون يا جذب الکترون مدار آخر خود را از لحاظ الکتروني تکميل کرده و در مدار آخر 8 الکترون داشته باشند. در اينجا هم يون سديم و هم يون کلر در مدار آخر خود 8 الکترون دارند، يعني از لحاظ الکتروني تکميل هستند‌.

يون‌ها در بدن ما

يون‌ها در تنظيم فعاليت‌هاي بدن نقش اساسي دارند. از جمله:

الف: نقش يون سديم

اين يون نسبت به ديگر کاتيون‌ها به مقدار بيشتري در خون وجود دارد. يکي از وظايف اصلي اين يون ايجاد جريان الکتريکي در مغز و اعصاب و ماهيچه‌هاي بدن به ويژه قلب است‌.

چون نمک خوراکي داراي Na⁺ و ^–Cl^{. ‌}مي‌باشد با مصرف آن مي‌توانيم سديم مورد نياز بدنمان را تأمين کنيم. اما بايستي به اين نکته توجه داشت که با مصرف غذاها، ميوه‌ها، نوشيدني‌ها و خوراکي‌ها مقدار قابل توجهي نمک خوراکي وارد بدنمان مي‌شود. بنابراين اگر نمک مواد غذايي که مي‌خوريم زياد باشد، مقدار زيادي يون سديم وارد بدن مي‌شود و بر عکس‌.

اگر مقدار نمک خوراکي موجود در رژيم غذايي ما به مقدار زياد کاهش يا افزايش يابد، فعاليت سلول‌هاي بدن مختل مي‌شود. به همين دليل بايد مقدار آن در رژيم غذايي ما کنترل شود. توصيه مي‌شود افرادي که بيماري قلبي، فشار خون  و … دارند و افرادي که سن بالاي 50 سال دارند بايستي از رژيم غذايي کم‌نمک استفاده نمايند‌.

ب: نقش يون آهن 2 بار مثبت(⁺² Fe)

هموگلوبين در گلبول‌هاي قرمز خون وجود دارد و در ساختار خود داراي آهن مي‌باشد. گلبول‌هاي قرمز خون به دليل داشتن اتم‌هاي آهن مي‌توانند اکسيژن را از شش‌ها گرفته و به سلول‌هاي بدن برسانند و گاز کربن دي‌اکسيد توليد شده در سلول‌هاي بدن را به شش‌ها برگردانند‌.

بدن ما براي ساختن هموگلوبين به ⁺² Feنياز دارد. آهن مورد نياز بدنمان را مي‌توانيم با مصرف مواد پروتئيني مانند: گوشت، جگر، سويا  و … تأمين کنيم. اما در دوران بارداري، شيردهي، رشد و نوجواني و در مواقعي که خون زيادي از بدن رفته باشد، بدن به آهن بيشتري نياز دارد. در اين شرايط براي درمان کم‌خوني و جبران کمبود آهن، پزشکان مصرف قرص آهن (فرو سولفات) را افزون بر مصرف بيشتر غذاهاي سرشار از آهن (مثل جگر و گوشت) سفارش و تجويز مي‌کنند‌.

ويژگی ترکيبات يونی

الف: يک ترکيب يوني از کنار هم قرار گرفتن يون‌هاي مثبت و منفي درست شده است. پس يون‌ها با بار مخالف يکديگر را مي‌ربايند. مثل نمک سديم کلريد که يون‌هاي سديم و کلريد بر يکديگر جاذبه وارد مي‌کنند‌.

ب: در مجموع يک ترکيب يوني از نظر بار الکتريکي خنثي مي‌باشد‌.

پ: اغلب ترکيبات يوني در آب حل مي‌شوند مثل سديم کلريد که به خوبي در آب حل شده و در آب دريا وجود دارد‌.

ت: حل شدن نمک‌ها در آب سبب تغيير در خواص فيزيکي آب مي‌شوند. براي مثال آب دريا نقطه جوش بالاتري از آب خالص دارد و رسانا جريان برق است و چگالي آن هم بيشتر از آب خالص مي‌باشد‌.

ث: ترکيبات يوني در اثر ضربه خرد و شکسته مي‌شوند‌.

پيوند کووالانسی (پیوند اشتراکی) يا به اشتراک‌گذاری الکترون‌ها

 در اين حالت وقتي دو نافلز کنار هم قرار مي‌گيرند، هيچ اتمي الکترون نمي‌گيرد يا از دست نمي‌دهد، بلکه اتم‌ها تعدادي از الکترون‌هاي خود را به اشتراک مي‌گذارند. مانند آب که از پيوند ميان دو اتم هيدروژن و يک اتم اکسيژن به دست مي‌آيد (شکل1)‌.

مشارکت گسترده الکترونی

در مشارکت الکتروني و تشکيل پيوند کووالانسي، برخي اتم‌ها مانند هيدروژن فقط يک پيوند کووالانسي تشکيل مي‌دهند درحالي‌که برخي اتم‌هاي ديگر مثل کربن، اکسيژن و نيتروژن بيش از يک پيوند کو‌الانسي تشکيل مي‌دهند. يعني داراي مشارکت الکتروني گسترده‌تري هستند. کربن مي‌تواند 4 پيوند با ديگر اتم‌ها برقرار نمايد. مثلاً در تشکيل متان (₄CH) يک اتم کربن با 4 اتم هيدروژن پيوند تشکيل مي‌دهد و در کربن دي اکسيد (₂CO) يک اتم کربن با دو اتم اکسيژن پيوند ايجاد مي‌کند. (شکل 2)

کاربردهای برخی ترکيبات شيميايی

اتيلن گليگول (ضد يخ): جلوگيري از يخ زدن آب رادياتور ماشين در زمستان‌.

اتانول: ضد عفوني کردن بيمارستان‌ها و لوازم پزشکي‌.

آمونياک: براي رشد بهتر گياهان به زمين‌هاي کشاورزي تزريق مي‌شود‌.

آب آهک: براي ترد شدن مرباي کدو حلوايي آن‌را قبل از پختن مدتي در آب آهک قرار مي‌دهند‌.

نکات تکميلی فصل دوم

• پيوند ميان اتم‌ها با هم يا ترکيبات مولکول‌ها درست مي‌شوند. مثل مولکول آب يا ترکيبات يوني به دست مي‌آيند، مثل نمک خوراکي‌.
• يون سديم در حالت محلول رساناي جريان الکتريکي مي‌باشد‌.
• برخي مواد بلوري هستند و برخي بي‌شکل مي‌باشند‌.
• چون ذرات سازنده مواد با هم فرق دارند، بنا بر اين ويژگي آن‌ها هم متفاوت مي‌باشد. به عبارت ديگر ويژگي هر ماده به نوع ذره‌هاي سازنده‌ي آن بستگي دارد‌.
• بلور نمک طعام داراي شکل هندسي منظمي مي‌باشد‌.
• مولکول آب سه اتمي مي‌باشد که در طبيعت به سه حالت: جامد (يخ و برف)، مايع (آب) و گاز (بخار آب) مي‌باشد‌.
• آب مقطر رساناي جريان الکتريکي نيست، در نتيجه مولکول آب بار الکتريکي ندارد‌.
• پيوند يوني بين يک فلز و نافلز رخ مي‌دهد، اما پيوند کووالانسي بين دو نافلز تشکيل مي‌شود.
• برخي از اتم‌ها تمايل دارند با انجام واکنش شيميايي به ذره‌هايي تبديل شوند که در مدار آخر خود 8 الکترون داشته باشند‌.
• طبق قانون پايستگي جرم، همواره جرم واکنش‌دهنده‌ها برابر جرم فرآورده‌ها مي‌باشد‌.
• از مدل گلوله و ميله مي‌توان براي نمايش پيوند اتم‌ها در مولکول‌ها استفاده نمود‌.
• در مولکول آب دو پيوند کووالانسي وجود دارد. در هر پيوند يک الکترون از هيدروژن و يک الکترون از اکسيژن دخالت دارد‌.

سؤالات درسی فصل دوم

1. چرا ويژگي مواد مختلف با يکديگر متفاوت مي‌باشد؟

چون ذرات سازنده آن‌ها با هم متفاوت مي‌باشد‌.

2. ساختار ذرهاي سازنده مواد چگونه مي‌باشد‌؟

ذرات سازنده مواد يا مولکولي هستند يا به صورت يوني‌‌اند‌.

3. انواع ترکيبات (ذرات) سازنده مواد را نام ببريد؟و توضيح دهيد؟

الف: ترکيبات مولکولي: ترکيباتي هستند که ذرات سازنده آن‌ها از مولکول‌ها مي‌باشند. مانند آب‌.

ب: ترکيبات يوني: ترکيباتي هستند که ذرات سازنده آن‌ها از يون‌هاي منفي و مثبت مي‌باشند. مانند نمک خوراکي(سديم کلريد )‌.

4. يون چيست؟ و داراي چه ويژگي مي‌باشد؟

يون‌ها ذره‌هايي با بار الکتريکي مثبت يا منفي هستند. اين ذرات قادرند در محلول حرکت کنند و سبب رسانايي آن شوند‌.

5. کاتيون و آنيون را تعريف کنيد؟

به يون‌هاي مثبت مانند يون سديم کاتيون و به يون‌هاي منفي مانند يون کلر آنيون گويند‌.

6. نقش دو يون زير در بدن را توضيح دهيد ؟

الف: يون سديم (Na⁺)

ب: يون آهن 2 بار مثبت (Fe²⁺)

پاسخ الف: يکي از وظايف اصلي يون سديم (Na⁺) ايجاد جريان الکتريکي در مغز و اعصاب و ماهيچه‌هاي بدن به ويژه قلب است‌.

پاسخ ب: بدن ما براي ساختن هموگلوبين خون به آهن نياز دارد. هموگلوبين در گلبول‌هاي قرمز خون وجود دارد و به خاطر وجود اتم‌هاي آهن در خود، مي‌تواند اکسيژن را از شش‌ها گرفته و به سلول‌ها برساند و کربن دي اکسيد را از سلول‌ها گرفته به شش‌ها برگرداند‌.

7. سديم مورد نياز بدن ما چگونه تأمين مي‌شود؟

از طريق مصرف نمک خوراکي. همچنين مصرف غذاها، نوشيدني‌ها و ميوه‌ها‌.

8. چرا بايستي مقدار نمک خوراکي موجود در رژيم غذايي ما کنترل شود؟

اگر مقدار نمک خوراکي موجود در رژيم غذايي ما به مقدار زياد کاهش يا افزايش يابد، فعاليت سلول‌هاي بدن مختل مي‌شود‌.

9. پزشکان توصيه مي‌کنند که چه افرادي بايستي از رژيم غذايي کم‌نمک استفاده نمايند ؟

افرادي که بيماري قلبي، فشار خون و‌ … دارند و افرادي که سن بالاي 50 سال دارند‌.

10. آهن مورد نياز بدن ما چگونه تأمين مي‌شود ؟

با مصرف مواد پروتئيني مانند گوشت، جگر، سويا و‌ … .

11. در چه مواقعي بدن ما به خون بيشتري نياز دارد‌؟ در اين شرايط چه بايد کرد؟

در دوران بارداري، شيردهي، رشد و نوجواني و در مواقعي که خون زيادي از بدن رفته باشد، بدن به آهن بيشتري نياز دارد.

در اين شرايط براي درمان کم خوني و جبران کمبود آهن، پزشکان مصرف قرص آهن (فروس سولفات) را افزون بر مصرف بيشتر غذاهاي سرشار از آهن (مثل جگر و گوشت) سفارش و تجويز مي‌کنند‌.

12. چرا وقتي يک ترکيب يوني مثل، پتاسيم پرمنگنات را در آب حل مي‌کنيم محلول حاصل رساناي جريان الکتريکي مي‌باشد؟

زيرا يون‌هاي سازنده ي آ ن که داراي بار الکتريکي هستند، در سراسر محلول پخش مي‌شوند‌.

13. چرا وقتي يک ترکيب مولکولي مثل شکر در آب حل مي‌شود محلول آن رساناي جريان الکتريکي نيست؟

زيرا ذرات سازنده آن بار الکتريکي ندارند‌.

14. انواع پيوند‌ها ميان اتم‌ها را نام ببريد؟

1. پيوند يوني 2. پيوند کووالانسي

15. اتم‌ها در واکنش شيميايي چه تمايلي دارند؟

اتم‌ها تمايل دارند با از دست دادن الکترون يا جذب الکترون مدار آخر خود را از لحاظ الکتروني تکميل ‌کنند و به 8 الکترون برسند.

16. پيوند يوني را توضيح دهيد ؟

جاذبه‌اي است ميان يون‌هاي منفي و يون‌هاي مثبت‌.

17. در واکنش شيميايي بين گاز کلر و فلز سديم چه روي مي‌دهد ؟

يک واکنش شيميايي روي مي‌دهد و نمک سفيد سديم کلريد به دست مي‌آيد‌.

18. چند ويژگي ترکيبات يوني را توضيح دهيد؟

1. يک ترکيب يوني از کنار هم قرار گرفتن يون‌هاي مثبت و منفي درست شده است. پس يون‌ها با بار مخالف يکديگر را مي‌ربايند‌.

2. در مجموع يک ترکيب يوني از نظر بار الکتريکي خنثي مي‌باشد‌.

3. برخي از ترکيبات يوني درآب حل مي‌شوند مثل سديم کلريد که به خوبي در آب حل شده و در آب دريا وجود دارد‌.

4. حل شدن ترکيبات يوني در آب سبب تغيير در برخي خواص فيزيکي آب مي‌شود.

5. ترکيبات يوني شکسته شده و در اثر ضربه خرد مي‌شوند‌.

19. چرا آب دريا رساناي جريان الکتريکي است و نقطه جوش بالاتري نسبت به آب خالص دارد؟

زيرا نمک‌هاي موجود در خاک از طريق بارندگي به دريا منتقل شده و در آن حل مي‌شوند‌.

20. در نمک خوراکي يا سديم کلريد يون‌ها چگونه قرار دارند؟

يون‌هاي مثبت سديم و منفي کلر به صورت يک در ميان کنار هم قرار مي‌گيرند‌.

21. پيوند کووالانسي يا اشتراک گذاري الکتروني را توضيح دهيد؟

در اين حالت وقتي دو نافلز کنار هم قرار مي‌گيرند، هيچ اتمي الکترون نمي‌گيرد يا از دست نمي‌دهد، بلکه اتم‌ها تعدادي از الکترون‌هاي خود را به اشتراک مي‌گذارند‌.

22. پيوند بين اکسيژن و هيدروژن در تشکيل مولکول آب را با رسم شکل توضيح دهيد؟

در اين حالت يک اتم اکسيژن با اشتراک‌گذاري دو الکترون با دو اتم هيدروژن که هر کدام يک الکترون دارند، پيوند تشکيل داده و مولکول آب به وجود مي‌آيد‌.

23. منظور ازمشارکت گسترده الکتروني چيست؟

حالتي است که برخي اتم‌ها بيش از يک پيوند کووالانسي تشکيل مي‌دهند‌.

24. چه فرقي بين مولکول هيدروژن با کربن، اکسيژن و نيتروژن وجود دارد؟

هيدروژن فقط يک پيوند کووالانسي تشکيل مي‌دهد، درحالي‌که اتم‌هاي ديگر مثل کربن، اکسيژن و نيتروژن بيش از يک پيوند کو‌الانسي تشکيل مي‌دهند.

25. در متان و کربن دی اکسید چند پیوند کووالانسی وجود دارد؟

در متان  4 پیوند وجود دارد و در کربن دي اکسيد 2 پيوند وجود دارد اما به صورت دو گانه.

26. علت هر يک از پديده‌هاي زير را توضيح دهيد؟

الف: تخم مرغ سالم در آب مقطر فرو مي‌رود. اما با حل کردن نمک در آن غوطه ور مي‌ماند؟

زيرا حل کردن نمک در آب باعث مي‌شود که چگالي آن از چگالي تخم‌مرغ بيشتر شود.

ب: آب برخي درياچه‌ها مانند اروميه آن قدر شور است که به راحتي مي‌توان در آن‌ها شناور ماند و روزنامه خواند؟

زيرا به علت نمک بسيار زياد چگالي آن بيشتر از چگالي بدن انسان است‌.

27. قانون پايستگي جرم را با ذکر مثال توضيح دهيد؟

طبق قانون پايستگي جرم، همواره جرم واکنش دهنده‌ها برابر جرم فرآورده‌ها مي‌باشد. مثلاً اگر 7_/7 گرم سديم را با 9_/11 گرم گاز کلر در يک ظرف با هم ترکيب کنيم، يک واکنش شيميايي رخ مي‌دهد و مقدار 6_/19 گرم نمک خوراکي به دست مي‌آيد‌.

سؤالات تستی فصل دوم

1. کدام ماده زير از لحاظ ساختاري با بقيه متفاوت مي‌باشد؟

الف: شکر               ب: آب          پ: اتیلن گليکول        ت: پتاسيم پر منگنات

2. اتانول داراي چه کاربردي مي‌باشد؟

الف: ضد عفوني‌کننده     ب: ضد يخ       پ: براي رشد گياهان       ت: هيچ‌کدام

3. محلول کدام يک از مواد زير رسانا مي‌باشد؟

الف: شکر             ب: اتانول               پ: کات کبود                ت: الف و پ

4. کدام جمله غلط آمده است؟

الف: انسان هميشه به مصرف فروس سولفات (قرص آهن) نياز دارد‌.

ب: کاهش يا افزايش يون سديم براي بدن مضر مي‌باشد‌.

پ: افراد بالاي 50 سال به نمک خوراکي نيازي ندارند‌.

ت: الف و پ

5. ذرات سازنده نمک خوراکي کدامند؟

الف: Na و Cl        ب: Na⁺ و ^–Cl^.        پ: ⁺ Na و Cl⁺        ت: Na⁺ و Cl

6. کدام جمله در مورد نمک خوراکي غلط آمده است؟

الف: از واکنش فلز خطرناک سديم و گاز سمي کلر تشکيل شده است‌.

ب: نمک خوراکي همان سديم کلريد است‌.

پ: نمک خوراکي از اشتراک الکتروني بين سديم و کلر به وجود آمده است‌.

ت: يون‌هاي منفي و مثبت به صورت منظم و يک در ميان قرار دارند‌.

7. کدام يک از يون‌هاي زير يک کاتيون مي‌باشد؟

الف: کلر                ب: فلوئور                پ: سديم               ت: اکسيژن

8. کدام مورد از ويژگي‌هاي ترکيبات يوني نمي‌باشد؟

الف: خنثي بودن از نظر بار الکتريکي‌.

ب: همه ترکيبات يوني در آب حل مي‌شوند‌.

پ: همه ترکيبات يوني از آنيون و کاتيون برابر تشکيل مي‌شوند‌.

ت: ترکيبات يوني در حالت محلول رسانا و نقطه جوش محلول آن‌ها زياد است‌.

9. کدام ماده زير چگالي بيشتري نسبت به بقيه دارد؟

الف: آب دريا          ب: تخم مرغ         پ: بدن انسان        ت: آب درياچه اورميه

10. یک تخم‌مرغ در یک لیوان آب مقطر فرو می‌رود؛ اما اگر در آب مقطر نمک حل کنیم در آن فرو نمی‌رود و غوطه‌ور می‌ماند، از این آزمایش چه نتیجه‌ای می‌گیریم؟

الف: آب مقطر چگالي بيشتري از تخم مرغ دارد‌.

ب: تخم مرغ چگالي بيشتري از آب نمک دارد‌.

پ: آب نمک چگالي بيشتري از تخم مرغ دارد‌.

ت: آب خالص از همه چگا‌لی بیشتری دارد.

11. کدام يک از موارد زير داراي پيوند يوني مي‌باشد؟

الف: آب            ب: نمک              پ: کربن دي اکسيد                ت: متان

12. کدام يک از مواد مرکب زير از لحاظ پيوند با بقيه متفاوت است؟

الف: نمک طعام    

ب: پتاسيم پرمنگنات     

پ: آب      

ت: سديم فلوئوريد

13. در تشکيل مولکول آب به ترتيب چند پيوند کو‌الانسي و چند الکترون به اشتراک گذاشته مي‌شود؟

الف: 2 و 2                ب: 1 و 2                  پ: 2 و 4                   ت: 4 و 4

14. کدام جمله زير درست است؟

الف: براي تشکيل يک مولکول آب اتم اکسيژن 2 الکترون به اشتراک مي‌گذارد‌.

ب: در مدار آخر اتم اکسيژن در مولکول آب 8 الکترون وجود دارد‌.

پ: وقتي اتم‌های دو نافلز کنار هم قرار مي‌گيرند يک مشارکت الکتروني بين آن‌ها رخ مي‌دهد‌.

ت: هر سه مورد درست است‌.

15. در مولکول متان و کربن دي اکسيد به ترتيب چند پيوند کووالانسي وجود دارد؟

الف: 2 و 2                  ب: 4 و 2                    پ: 2 و 4               ت: 4 و 4

برگرفته از کتاب “یادگیری و آموزش آسان علوم تجربی پایه نهم”