Намунаҳои саволҳо дар бораи пайвандҳои ионӣ
Пайванди ионӣ як навъи пайванди кимиёвӣ аст, ки дар натиҷаи интиқоли як ё якчанд электрон аз як атом ба атоми дигар ба вуҷуд меояд ва дар натиҷа ду ион бо зарядҳои муқобил ба вуҷуд меоянд, ки сипас якдигарро ҷалб мекунанд. Ин пайванд одатан байни металлҳо ва ғайриметаллҳо ба амал меояд. Дар ин мақола, мо ба мисолҳо ва муҳокимаҳои марбут ба пайванди ионӣ менигарем, то ба мо дар фаҳмидани беҳтари ин мафҳум кумак кунанд.
Таъриф ва хусусиятҳои пайвандҳои ионӣ
Пайвандҳои ионӣ вақте ба вуҷуд меоянд, ки атомҳо барои ба даст овардани конфигуратсияи устувортари электронӣ бо ҳам ҳамкорӣ мекунанд. Одатан, атомҳои металлӣ электронҳоро аз даст медиҳанд, то конфигуратсияи гази наҷиб ба даст оранд ва ба катионҳои заряди мусбат табдил меёбанд. Баръакс, атомҳои ғайриметаллӣ электронҳоро ба даст меоранд, то ба анионҳои заряди манфӣ табдил ёбанд. Мисоли маъмули пайванди ионӣ ташаккули хлориди натрий (NaCl) аз натрий (Na) ва хлор (Cl) мебошад.
Натрий (Na) конфигуратсияи электронии 2,8,1 дорад ва барои ба даст овардани конфигуратсияи устувори 2,8 майл ба аз даст додани як электрон дорад. Аз тарафи дигар, хлор (Cl) конфигуратсияи электронии 2,8,7 дорад ва барои ба даст овардани конфигуратсияи устувори 2,8,8 майл ба қабул кардани як электрон дорад. Вақте ки натрий як электронро ба хлор гум мекунад, ионҳои Na⁺ ва Cl⁻ ба вуҷуд меоянд, ки якдигарро барои ба вуҷуд овардани пайванди ионӣ ҷалб мекунанд ва намаки NaCl-ро ба вуҷуд меоранд.
Масъалаи мисолӣ 1: Ташаккули пайвандҳои ионӣ дар NaCl
1. Савол: Шарҳ диҳед, ки чӣ тавр пайвандҳои ионӣ байни натрий (Na) ва хлор (Cl) ба вуҷуд меоянд.
Ҷавобҳо ва муҳокима:
– Қадами 1: Конфигуратсияи электронро муайян кунед.
– Натрий (Na): рақами атомӣ 11, конфигуратсияи электронии 2,8,1.
– Хлор (Cl): Рақами атомии 17, конфигуратсияи электронии 2,8,7.
– Қадами 2: Майлҳои атомиро муайян кунед.
– Натрий (Na) майл дорад, ки як электронро раҳо кунад, то ба конфигуратсияи 2,8 ноил гардад ва ба иони Na⁺ табдил ёбад.
– Хлор (Cl) майл дорад, ки як электронро қабул кунад, то ба конфигуратсияи 2,8,8 ноил гардад ва ба иони Cl⁻ табдил ёбад.
– Қадами 3: Ташаккули пайвандҳо.
– Натрий электронҳоро бо заряди +1 барои табдил ёфтан ба Na⁺ раҳо мекунад.
– Хлор электронҳоро бо заряди -1 қабул мекунад, то ба Cl⁻ табдил ёбад.
– Ионҳои Na⁺ ва Cl⁻ якдигарро ҷалб мекунанд ва дар пайвастагии устувори NaCl пайвандҳои иониро ташкил медиҳанд.
Намунаи саволи 2: Ташаккули пайвандҳои ионӣ дар MgO
2. Савол: Шарҳ диҳед, ки чӣ тавр пайванди ионӣ байни магний (Mg) ва оксиген (O) ба вуҷуд меояд ва оксиди магний (MgO)-ро ташкил медиҳад.
Ҷавобҳо ва муҳокима:
– Қадами 1: Конфигуратсияи электронро муайян кунед.
– Магний (Mg): Рақами атомӣ 12, конфигуратсияи электронии 2,8,2.
– Оксиген (O): Рақами атомӣ 8, конфигуратсияи электрон 2,6.
– Қадами 2: Майлҳои атомиро муайян кунед.
– Магний (Mg) майл дорад, ки ду электронро раҳо кунад, то ба конфигуратсияи 2,8 ноил гардад ва ба иони Mg²⁺ табдил ёбад.
– Оксиген (O) барои ноил шудан ба конфигуратсияи 2,8 майл ба қабул кардани ду электрон дорад ва ба иони O²⁻ табдил меёбад.
– Қадами 3: Ташаккули пайвандҳо.
– Магний ду электронро бо заряди +2 раҳо карда, ба Mg²⁺ табдил меёбад.
– Оксиген ду электронро бо заряди -2 қабул мекунад, то O²⁻ шавад.
– Ионҳои Mg²⁺ ва O²⁻ якдигарро барои ташкил додани пайвандҳои ионӣ дар пайвастагии MgO ҷалб мекунанд.
Мисоли 3: Машқи ҳисобкунии энергияи шабакаи NaCl
3. Савол: Энергияи шабакавии лозимиро барои ташкил додани NaCl аз ионҳои он муайян кунед.
Ҷавобҳо ва муҳокима:
Энергияи шабакавӣ энергияест, ки ҳангоми якҷоя шудани ионҳо дар ҳолати газӣ барои ташкил додани як моли кристалли сахти пайвастагии ионӣ ҷудо мешавад. Энергияи шабакавии NaCl-ро бо истифода аз муодилаи Борн-Ҳабер ҳисоб кардан мумкин аст.
Энергияи шабакаро метавон ҳамчун фарқи умумии энергия байни ионҳо дар ҳолати газӣ ва энергия ҳангоми пайваст будани онҳо дар шабакаи кристаллии сахт ифода кард.
Барои NaCl:
– Энергияи сублиматсияи Na: ΔH_sub = 107 кҶ/мол
– Энергияи ионизатсияи Na: ΔH_ion = 496 кҶ/мол
– Энергияи диссотсиатсияи Cl₂: ΔH_diss/2 = 122 кҶ/мол
– Аффинитети электронии Cl: ΔH_ea = -349 кҶ/мол
– Энергияи шабакавӣ (U): Номаълум, мо бояд онро пайдо кунем.
Аз давраи Борн-Ҳабер, мо метавонем чунин нависем:
U = ΔH_sub(Na) + ΔH_ion(Na) + ΔH_diss(Cl₂)/2 + ΔH_ea(Cl) – ΔH_form
Агар мо медонем, ки энталпияи ташаккулёбӣ (ΔH_шакл)-и NaCl -411 кҶ/мол аст, пас:
U = (107 + 496 + 122 – 349) кҶ/мол – (-411 кҶ/мол)
U = 107 + 496 + 122 - 349 + 411
U ≈ 787 кҶ/мол
Мисоли 4: Графики энергияи потенсиалӣ дар муқоиса бо масофа байни ионҳо
4. Савол: Графики энергияи потенсиалӣ нисбат ба масофа байни ионҳои Na⁺ ва Cl⁻-ро дар NaCl кашед ва шарҳ диҳед, ки ҳангоми тағир ёфтани масофа байни ду ион чӣ рӯй медиҳад.
Ҷавобҳо ва муҳокима:
Энергияи потенсиалии байни ду ион дар пайвастагии ионӣ бо истифода аз муодилаи Кулон тавсиф карда мешавад:
\[ E \propto \frac{q_1 q_2}{r} \]
ки дар он \(E\) энергияи потенсиалӣ, \(q_1\) ва \(q_2\) зарядҳои ионҳо ва \(r\) масофаи байни ионҳо мебошад. Графики энергияи потенсиалӣ нисбат ба масофаи байни ионҳо одатан каҷест, ки ҳангоми наздик шудан ба сифр кам мешавад ва сипас ҳангоми наздик шудан ба сифр якбора меафзояд.
– Масофаи калон (r хеле калон аст): Энергияи потенсиалӣ ба сифр наздик аст, зеро қувваи ҷозиба байни ионҳои Na⁺ ва Cl⁻ хеле заиф аст.
– Масофаи идеалӣ (тақрибан масофаи шабакаи кристаллӣ): Энергияи потенсиалӣ ба арзиши ҳадди ақали худ мерасад, ки ин ҳолати аз ҳама устувортаринро нишон медиҳад, ки дар он Na⁺ ва Cl⁻ хеле қавӣ, вале на он қадар наздик ҷалб мешаванд. Ин масофаест, ки кристалли NaCl дар он аз ҳама устувортар аст.
– Масофаи хурд (r хеле хурд аст): Энергияи потенсиалӣ якбора меафзояд, зеро байни абрҳои электронии ду ион тела вуҷуд дорад ва онҳоро аз якдигар дур мекунад.
Хулоса, пайванди ионӣ як принсипи асосӣ дар химия буда, таъсири мутақобилаи электромагнитии байни ионҳои зарядноки муқобилро дар бар мегирад. Дарки ин мафҳум тавассути намудҳои гуногуни масъалаҳо ва ҳалли онҳо ба мо кӯмак мекунад, ки рафтори пайвастагиҳоро дар шароити гуногун дарк кунем. Бо азхуд кардани ин мафҳум, мо метавонем дарк кунем, ки чӣ гуна пайвандҳои кимиёвӣ ва чӣ гуна сохторҳои кристаллие, ки мо дар ҳаёти ҳаррӯза дучор мешавем, ташаккул меёбанд.
