فصل 02 (علوم تجربی نهم)
این فصل به یک پرسش ساده جواب میدهد: اتمها چرا و چگونه به هم میچسبند؟ پاسخ در دو نوع پیوند خلاصه میشود — یونی و اشتراکی — و همین دو، تفاوت رفتار نمک و شکر را توضیح میدهند.
ذرههای سازندهٔ مواد
اتمها معمولاً آزاد نیستند؛ کنار هم یون یا مولکول میسازند.
| ذره | بار الکتریکی | مثال | رسانایی محلول |
|---|---|---|---|
| یون | مثبت یا منفی | ، ، | دارد |
| مولکول | خنثی | آب، شکر، اتانول | ندارد |
ملاک عملی تشخیص: محلولی که لامپ مدار را روشن میکند یون آزاد دارد، پس ترکیبش یونی است (نمک، کاتکبود). محلولی که روشن نمیکند مولکولی است (شکر، اتانول). آب مقطر نارساناست؛ رسانایی آب دریا از یونهای حلشده در آن میآید، نه از خودِ آب.
چرا اتمها واکنش میدهند؟
اتمها تمایل دارند مدار آخرشان ۸ الکترون داشته باشد (قاعدهٔ هشتتایی). هیدروژن و هلیم استثنا هستند و با ۲ الکترون پایدار میشوند.
- اتم فلز الکترون میدهد ← کاتیون (یون مثبت)
- اتم نافلز الکترون میگیرد ← آنیون (یون منفی)
نکتهٔ طلایی: در یونیشدن فقط تعداد الکترون عوض میشود؛ تعداد پروتون — یعنی هویت عنصر — ثابت میماند.
پیوند یونی یعنی جاذبهٔ الکتریکی بین یون مثبت و منفی. ترکیب یونی در مجموع خنثی است، چون بارهای مثبت و منفی برابرند.
ویژگیهای ترکیب یونی
شکنندهاند، نقطهٔ ذوب بالایی دارند، اغلب در آب حل میشوند، و از همه مهمتر: در حالت جامد نارسانا، در محلول یا مذاب رسانا — چون فقط آنوقت یونها آزادانه حرکت میکنند. حل شدن نمک در آب نقطهٔ جوش و چگالی آب را بالا میبرد (راز شناور ماندن در دریاچهٔ ارومیه).
پیوند اشتراکی
وقتی دو نافلز کنار هم قرار میگیرند، هیچکدام حاضر به دادن الکترون نیست؛ پس الکترونها را مشترک میگذارند. هر پیوند اشتراکی = ۲ الکترون مشترک (از هر اتم یکی).
- آب : اکسیژن ۶ الکترون در مدار آخر دارد و ۲ تا کم دارد ← دو پیوند: $$
- متان : کربن ۴ الکترون دارد ← ۴ پیوند اشتراکی
- و : بیش از یک جفت الکترون مشترک (پیوند دوگانه)
قاعدهٔ سریع: تعداد پیوندهای اشتراکی هر اتم = تعداد الکترون کمبودش تا ۸ (و تا ۲ برای هیدروژن).
مقایسهٔ دو پیوند
| ویژگی | پیوند یونی | پیوند اشتراکی |
|---|---|---|
| نوع اتم | فلز + نافلز | نافلز + نافلز |
| مکانیزم | داد و ستد الکترون | اشتراک الکترون |
| ذرهٔ حاصل | یون (باردار) | مولکول (خنثی) |
| رسانایی محلول | بله | خیر |
| مثال | ، | ، |
قانون پایستگی جرم
در هر واکنش شیمیایی: جرم کل واکنشدهندهها = جرم کل فراوردهها. اگر گازی آزاد شود و ظرف باز باشد ترازو کاهش نشان میدهد، اما در ظرف بسته جرم کل ثابت است.
یونها در بدن
- : فراوانترین کاتیون خون؛ جریان الکتریکی مغز، اعصاب و ماهیچهها (بهویژه قلب) را میسازد. زیادهروی در نمک ← فشار خون بالا.
- : سازندهٔ هموگلوبین، درشتمولکولی در گلبول قرمز که اکسیژن را از ریه به بافتها میبرد؛ کمبودش کمخونی است. توجه: به شکل یون است، نه آهن فلزی.
فراتر از کتاب
- یون چنداتمی: گروهی از اتمها با یک بار مشترک — ، ، ، ، . پس کاتکبود در آب به و تجزیه میشود، نه به تکاتمها.
- فرمولنویسی ضربدری: بار هر یون را بدون علامت، اندیسِ یون دیگر کن: با ← ؛ با ← (در پایان ساده کن).
- شبکهٔ بلوری: «مولکولِ » وجود ندارد؛ فرمول فقط نسبت ۱ به ۱ یونها را در یک آرایش سهبعدی نشان میدهد. همین شبکه دلیل ذوب بالا و شکنندگی است.
- پیوند فلزی: یونهای مثبت در «دریای الکترون» شناورند، پس فلز حتی در حالت جامد هم رساناست — برخلاف ترکیب یونی.
- الکترونگاتیوی: میل اتم به کشیدن الکترون. تفاوت زیاد ← پیوند یونی؛ تفاوت کم ← پیوند اشتراکی قطبی (مانند در آب).
- هفت عنصر همیشه دواتمیاند: ، ، ، ، ، ، .
نمونهٔ کامل
سؤال. عنصر X فلزی است که مدار آخرش ۲ الکترون دارد و عنصر Y نافلزی است با ۷ الکترون در مدار آخر. الف) بار یون هرکدام چقدر است؟ ب) فرمول ترکیب حاصل چیست؟ ج) این ترکیب در حالت جامد و در محلول رساناست یا نه؟ د) نوع پیوند چیست؟
پاسخ تشریحی: الف) X آن ۲ الکترون را میدهد ← یون ؛ Y یک الکترون میگیرد تا به ۸ برسد ← یون . ب) برای خنثی شدن ترکیب، یک به دو نیاز دارد، پس فرمول است. ج) در جامد نارسانا (یونها در شبکه قفلاند) و در محلول یا مذاب رسانا. د) فلز + نافلز با داد و ستد الکترون ← پیوند یونی.
سؤال. اتم منیزیم با عدد اتمی ۱۲ برای رسیدن به پایداری چه میکند؟ یون حاصل چه باری دارد و چند الکترون خواهد داشت؟
پاسخ تشریحی: آرایش الکترونی میشود ۲، ۸، ۲. مدار آخر فقط ۲ الکترون دارد و دادنِ ۲ الکترون خیلی آسانتر از گرفتن ۶ تاست. پس منیزیم دو الکترون از دست میدهد و به تبدیل میشود: بار ۲+، تعداد الکترون ، آرایش نهایی ۲ و ۸ با مدار آخرِ پُر.
تلههای رایج
- یونیشدن تعداد پروتون را عوض نمیکند، فقط الکترون را.
- نمکِ جامد برق را عبور نمیدهد؛ فقط محلول یا مذابش رساناست.
- در پیوند اشتراکی الکترون منتقل نمیشود، مشترک میماند.
- قاعدهٔ ۸ برای هیدروژن نیست؛ او با ۲ الکترون پایدار میشود.
- آهنِ هموگلوبین یون است، نه اتم آهن.