ما در دنیایی از مواد زندگی می کنیم که ویژگی های گوناگونی دارند و به حالت های مختلفی مانند جامد، مایع و گاز یافت می شوند. برخی از آنها بلوری و برخی دیگر بی شکل اند. همهٔ این مواد از اتم ساخته شده اند. در واقع اتم ها به روش های گوناگون با هم ترکیب می شوند و یون ها و مولکول ها را ایجاد می کنند. آیا تا کنون به این موضوع اندیشیده اید ک ه اتم ها چگونه با هم ترکیب می شوند؟ چرا برخی از آنها با هم ترکیب می شوند و مولکول ها را تولید می کنند، در حالی که برخی دیگر در اثر ترکیب شدن، یون ها را تولید می کنند؟ در این فصل با رفتار اتم ها با یکدیگر و همچنین با خواص ترکیب های یونی و مولکولی آشنا می شوید.

ذرّه های سازندهٔ مواد

شکل 1 الف( اتیلن گلیکول )ضد یخ( را در رادیاتور خودرو می ریزند تا از یخ زدن آب در زمستان جلوگیری کند. ب(آمونیاک را به زمین های کشاورزی تزریق می کنند تا گیاهان بهتر رشد کنند. پ( اتانول برای ضد عفونی کردن بیمارستان ها و لوازم پزشکی به کار می رود. ت( برای اینکه مربای کدو حلوایی ترد شود، آن را قبل از پختن برای مدتی در آب آهک قرار می دهند.
ذره های سازنده این ترکیب ها، یون ها یا مولکول ها هستند. برای مثال شکر از مولکول های چند اتمی ساخته شده است؛ در حالی که نمک خوراکی از یون ها تشکیل شده است. از آنجا که ذره های سازندهٔ این مواد با هم فرق دارند، ویژگی آنها نیز متفاوت است. به عبارت دیگر ویژگی مواد به نوع ذره های سازندهٔ آنها بستگی دارد.


یون ها، ذره هایی با بار الکتریکی مثبت یا منفی اند. این ذره ها می توانند در محلول حرکت کنند و سبب برقراری جریان الکتریکی در محلول شوند. از این رو اگر یک ترکیب یونی مانند پتاسیم پرمنگنات را در آب حل کنیم )شکل ٢(، یون های سازندهٔ آن در سراسر محلول پخش می شوند و سبب رسانایی جریان الکتریکی می شوند؛ در حالی که مولکول ها، بار الکتریکی ندارند و رسانای جریان الکتریکی نیستند. حال اگر ترکیبی را که ذره های سازندهٔ آن مولکول ها هستند، در آب حل کنیم، مولکول ها در سراسر محلول پخش می شوند اما محلول به دست آمده، رسانای جریان الکتریکی نیست.



اکنون این پرسش مطرح می شود که یون ها و مولکول ها چگونه به وجود می آیند؟ چرا مولکول ها بار الکتریکی ندارند؟

داد و ستد الکترونی و پیوند یونی

هرگاه اتم ها در شرایط مناسب در کنار هم قرار گیرند، یک واکنش شیمیایی بین آنها رخ می دهد و مواد جدیدی تولید می شود؛ به طوری که خواص فراورده ها با واکنش دهنده ها تفاوت دارند.




همان طور که می بینید، فلز براق سدیم که از اتم های سدیم تشکیل شده است، با مولکول های گاز کلر واکنش داده و نمک سدیم کلرید تولید می شود. در این تغییر شیمیایی، گاز زردرنگ و سمی کلر و فلز خطرناک سدیم، به سدیم کلرید سفید رنگ تبدیل شده اند. در این نمک یون های مثبت و منفی کنار هم قرار گرفته اند.


در تشکیل یک ترکیب یونی مانند سدیم کلرید، برخی اتم ها با از دست دادن الکترون به یون مثبت )کاتیون( و برخی دیگر با گرفتن الکترون به یون منفی)آنیون( تبدیل می شوند. حال پرسش این است کدام اتم ها، الکترون از دست می دهند و کدام اتم ها الکترون می گیرند؟ ملاک داد و ستد الکترون ها چیست؟ برای یافتن پاسخ این پرسش ها، فعالیت زیر را بررسی کنید.


همان طور که مشاهده کردید، وقتی اتم های فلز کنار اتم های نافلز قرار می گیرند، اتم های فلز با از دست دادن الکترون به کاتیون و اتم های نافلز با گرفتن الکترون به آنیون تبدیل می شوند. همچنین دیدید که در مدار آخر یون های سدیم و کلرید 8 الکترون وجود دارد. بنابراین می توان نتیجه گرفت که اتم ها تمایل دارند با انجام واکنش شیمیایی به ذره هایی تبدیل شوند که در مدار آخر، 8 الکترون دارند.

ویژگی ترکیب های یونی

یک ترکیب یونی از کنار هم قرار گرفتن یون های مثبت و منفی تولید می شود. در واقع یون های با بار مخالف روی هم اثر می گذارند و یکدیگر را می ربایند. برای نمونه در نمک سدیم کلرید، یون های سدیم و کلرید بر یکدیگر جاذبه وارد .) می کنند و همدیگر را می ربایند )شکل 3 ترکیب های یونی در مجموع از نظر بار الکتریکی خنثی هستند.


برخی ترکیب های یونی در آب حل می شوند، سدیم کلرید از جمله نمک هایی است که به مقدار زیاد در آب حل می شود و در آب دریا وجود دارد.
در خاک، نمک های گوناگونی وجود دارد که هنگام بارش در آب باران حل می شوند. حل شدن نمک ها در آب، سبب تغییر در خواص فیزیکی آب می گردد. برای مثال، آب دریا در نقطهٔ بالاتری از آب خالص می جوشد و رسانای جریان الکتریکی است.

مشارکت الکترونی و پیوند کووالانسی

آب دریا ها ، رودخانه ها ، قطره های ریز باران، بلورهای شفاف یخ، دانه های سفید برف، بخار آب و ابرها همگی شامل شمار بسیار زیادی از مولکول های آب هستند. این مولکول ها از اتم های اکسیژن و هیدروژن تشکیل شده اند


هنگام تشکیل مولکول ها ، اتم ها به جای داد و ستد الکترون، با یکدیگر مشارکت الکترونی انجام می دهند؛ به طوری که در اثر این مشارکت هیچ یک از اتم ها الکترونی از دست نمی دهند یا به دست نمی آورند. بلکه، تعدادی از الکترون های خود را با یکدیگر به اشتراک می گذارند. در شکل 6، چگونگی اشتراک الکترون های اتم های هیدروژن و اکسیژن در مولکول آب نشان داده شده است.

وقتی که اتم های دو نافلز کنار یکدیگر قرار می گیرند، یک مشارکت الکترونی بین آنها رخ می دهد. در این حالت اتم ها با هم ترکیب می شوند و پیوند کووالانسی تشکیل می دهند. برای مثال، در مولکول آب دو پیوند کووالانسی وجود دارد. هر پیوند کووالانسی شامل دو الکترون است که اتم های هیدروژن و اکسیژن به اشتراک گذاشته اند.

مشارکت الکترونی گسترده تر

در مشارکت الکترونی و تشکیل پیوند کووالانسی، برخی اتم ها با تعداد پیوندهای کووالانسی بیشتری به یکدیگر متصل می شوند. برای نمونه در مولکول اکسیژن، اتم های اکسیژن با دو پیوند به هم متصل شده اند.
همچنین وقتی اتم ها باهم ترکیب می شوند، برخی مانند اتم هیدروژن فقط یک پیوند می دهند؛ در حالی که برخی دیگر مانند کربن، اکسیژن و نیتروژن می توانند بیش از یک پیوند تشکیل دهند. در شکل 7، مولکول های کربن دی اکسید و متان با استفاده از مدل نشان داده شده است.