پیوند یونی

پیوند یونی

تعداد بازدید: 7425
کد مطلب: 13365
تاریخ انتشار: 09:26 21 آبان 1391

پیوند یونی

 
 

پیوند یونی (Ionic Bond) بین عناصر الکتروپوزتیو قوی (فلزات) و عناصر الکترونگاتیو قوی (غیر فلزات) یافت می شود. پیوند یونی همیشه بین یون های دارای بار مخلف (مثبت و منفی) تشکیل می شود. تشکیل این نوع پیوند به این دلیل است که اتم ها مایل هستند که به صورت گاز های ایده آل پایدار درآیند. بنابراین اتم هایی که در مدار خارجی خود دارای تعداد کمی الکترون هستند، می توانند آن ها را به آسانی از دست دهند و در مقابل اتم هایی که مدار خارجی شان تقریبا پر است می توانند الکترون جذب کنند و هر دو دارای یک مدار خارجی کامل شوند. در این صورت تعداد الکترون ها با بار هسته مطابقت نمی کند و اتم ها از لحاظ الکتریکی، دارای بار های مختلفی خواهند بود. عنصری مانند سدیم با یک الکترون در مدار آخر آن آماده است تا الکترون خود را از دست بدهد تا لایه خارجی آن کامل شود. در این حالت سدیم دارای پروتن های بیشتری نسبت به الکترون ها خواهد بود و یک یون با بار مثبت تشکیل خواهد داد. از طرف دیگر عنصری مانند کلر با هفت الکترون خواهد بود و یک یون با بار مثبت تشکیل خواهد داد. از طرف دیگر عنصری مانند کلر با هفت الکترون در لایه خارجی، تمایل به قبول یک الکترون برای کامل کردن لایه خارجی خود دارد. هنگامی که این عمل صورت گیرد، تعداد الکترون های آن بیشتر از تعداد پروتن ها خواهد شد و یک یون منفی تشکیل خواهد شد. هنگامی که اتم های سدیم و کلر در کنار یکدیگر قرار می گیرند، جاذبه الکترواستاتیکی بین یون های مثبت سدیم و یون های منفی کلر ایجاد می شود که منجر به ایجاد پیوند بین اتم های سدیم و اتم های کلر و تشکیل NaCl می شود. این ترکیب دارای خواص مربوط به خود است که با خواص هر یک از سازنده های آن Cl و Na متفاوت است. یون مثبت کاتیون و یون منفی آنیون نام دارد.

در پیوند های یونی، نیروی جاذبه همان نیروی جاذبه الکترواستاتیکی است که عامل اصلی اتصال بین یون های بلور نمک طعام است. یون های حاصل از این واکنش یکدیگر را جذب می کنند و NaCl به دست می آید، اما مولکولی به صورت NaCl وجود ندارد، چون نمک طعام به شکل بلور است. یک بلور یونی از ردیف های متعدد و منظم یون های مثبت و منفی در سه بعد تشکیل می شود. در این آرایش که مختص جامدات یونی است، نیروی دافعه بین یون های همنام حداقل و نیروی جاذبه بین یون های غیر همنام حداکثر است. این نوع جامدات یونی بلوری، سخت و دیر ذوب هستند. هر یون Cl- توسط 6 یون Na+ و هر یون Na+ توسط 6 یون Cl- احاطه می شود.

پیوند یونی در نمک طعام

 
 

دو یون مثبت و منفی در پیوند یونی به علت وجود نیروی الکترواستاتیکی بر یکدیگر تاثیر می گذارند. اگر فاصله بین دو یون زیاد باشد، عملا یون ها همانند نقطه های باردار بر یکدیگر اثر می کنند، به طوری که نیروی الکترواستاتیکی از نوع جاذبه است. با نزدیک شدن یون ها به یکدیگر وضعیت فرق می کند و دیگر به صورت نقاط باردار مقابل هم نیستند، در این حالت الکترون های یک یون، الکترون های یون های دیگر را دفع می کنند و هسته ها نیز به این صورت با هم رفتار می کنند. در نتیجه پس از نزدیک شدن یون ها به یکدیگر نیرو های جاذبه و دافعه هر دو وارد عمل می شوند. منبع اصلی نیرو های دافعه تاثیر متقابل الکترون های چرخند در مدار است. اگر فرض شود که هسته اتم به جای الکترون توسط ابر الکترونی پوشیده شده باشند، نیروی دافعه ناشی از ابر های الکترونی خواهد بود. میزان این تداخل فقط هنگامی چشمگیر خواهد بود که یون ها به هم نزدیک شده باشند. بنابراین نیروی دافعه حوزه عمل محدود تری دارد. هنگامی که فاصله بین یون ها به حد مشخصی برسد، نیرو های دافعه و جاذبه با هم برابر می شوند. فاصله بین یون ها در این وضعیت r=ro  است. اگر فاصله یون ها کمتر از ro باشد برآیند نیرو ها، دافعه و اگر بیش از ro باشند برآیند نیرو ها، جاذبه است. فاصله ro که از خصوصیات ویژه هر عنصر محسوب می شود، عامل تعیین کننده ای در ساختار مواد جامد یونی است. نیرو های الکترواستاتیکی جهت خاصی ندارند، یعنی در تمام جهات به طور یکسان مؤثرند. نیرو جاذبه مثبت و نیرو دافعه منفی است. Z1 و Z2 مختلف العلامه هستند.

n و b اعداد ثابت و قابل محاسبه هستند. معمولا n عددی بین 7 تا 12 است. برآیند نیروها به صورت زیر محاسبه می شود:

اگر تغییرات نیرو بر حسب فاصله بین دو یون رسم شود، در r=ro برآیند نیرو ها صفر است، یعنی نیروی جاذبه با دافعه برابر است. شکل زیر تغییرات نیروی بین یون ها و نیز انرژی پیوند را بر حسب فاصله بین آن ها نشان می دهد. این نمودار نشان می دهد که نیروهای دافعه با کاهش فاصله اتمی بسیار سریعتر از نیروهای جاذبه افزایش می یابند. دلیل آن این است که قشر های داخلی هر دو یون که از نظر تعداد الکترون کامل هستند، به یکدیگر فشرده می شوند.

انرژی پتانسل یا پیوند (V) را می توان بر حسب فاصله بین یون ها محاسبه کرد. انرژی پتانسیل بین دو یون هنگامی که در فاصله بی نهایت از یکدیگر قرار گرفته باشند، صفر فرض می شود، زیرا برای بیان کمی انرژی پتانسیل، ابتدا لازم است سطح انرژی پتانسیل مرجع تعیین شود. با نزدیک شدن دو یون به یکدیگر تغییری در انرژی پتانسیل ایجاد می شودکه برابر کار انجام شده توسط نیروی کولنی در اثر پیوند است.

این معادله نشان می دهد که انرژی پتانسیل حاصل از انرژی دافعه و جاذبه با افزایش فاصله بین دو یون یا اتم کاهش می یابد و با کاهش فاصله اتم ها یا یون ها افزایش می یابد. حداقل انرژی در r=ro است.

در نقطه ای که f=0 است، مقدار انرژی حداقل است و شیب منحنی (dV/dr) برابر صفر است. فاصله بین اتم ها یا یون ها در این نقطه، فاصله تعادلی است. از روی این فاصله می توان شعاع اتم ها را پیدا کرد. معمولا اگر دو اتم یکسان باشند، شعاع برابر نصف فاصله تعادلی است. در حالت کلی درمورد پیوند یونی:

با توجه به این که در فاصله تعادلی (r=ro) نیرو برابر با صفر است (f=o)، به سادگی می توان ضریب ثابت b را محاسبه کرد. با قرار دادن b در معادله انرژی پیوند به دست می آید:

 

چون Z1 و Z2 مختلف العلامه هستند، انرژی پیوند همراه منفی است.

این معادله نشان می دهد که هر چه Z1 و Z2 بیشتر باشد، انرژی پیوند منفی تر است و یا به عبارت دیگر پیوند قوی تر است. بنابراین پیوند های یونی بین عناصر چند ظرفیتی به علت انرژی پتانسیل منفی تر، قوی تر از پیوند یونی بین عناصر یک ظرفیتی است. به همین دلیل است که اکسید های فلزی که سرامیک ها تشکیل می دهند، دارای نقطه ذوب بسیار بالایی هستند که از ویژگی های خاص این مواد است.

معمولا مواد دارای پیوند یونی انرژی زیادی دارند، که ناشی از اختلاف زیاد در الکترونگاتیویته بین اتم ها است. فلزات دارای انرژی کمتری هستند، چون الکترونگاتیویته اتم های تشکیل دهنده آن ها یکسان است. در مقایسه با فلزات، بلورهای یونی هدایت الکترونی بسیار کمی دارند، زیرا در این نوع بلورها جریان الکتریکی توسط ابر الکترونی انجام نمی شود، بلکه توسط حرکت یون ها و آن هم در حالت مذاب انجام می شود.

بر خلاف فلزات، بلور های یونی سخت و ترد هستند و عملا قابلیت تغییر شکل پلاستیک ندارند. نظر به این که نیرو های الکترواستاتیکی که یون ها را در بلور های یونی نزدیک به هم نگه می دارند نسبتا قوی هستند، این بلورها نسبتا سخت هستند و نقطه ذوب آن ها بالاست و برای ذوب آن ها انرژی حرارتی زیادی لازم است.

بلور های یونی در مقابل نیرو تغییر شکل پلاستیک نمی دهند، بلکه می شکنند، زیرا یون ها در شبکه بلور بیشتر تمایل دارند که شکل هندسی خود را حفظ نمایند، به نحوی که همراه نیروی جاذبه بین یون ها با بار های الکتریکی مخالف بسیار بیشتر از نیروی دافعه بین یون های با بارهای الکتریکی مشابه باشد. حال هر گاه لایه ای از یون ها در اثر یک نیروی خارجی نسبت به لایه دیگری تغییر مکان یابد، در این صورت نیرو های دافعه جایگزین نیرو های جاذبه می شوند و در نتیجه دو لایه از یکدیگر جدا می شوند. بنابراین اعمال نیرو موجب تغییر شکل بلور یونی نمی شود، بلکه منجر به شکست آن می شود. دلیل این که بلور های یونی علیرغم دارا بودن ذرات باردار از خود قابلیت هدایت الکتریکی نشان نمی دهند، عدم تحرک یون های آن ها در مقابل یک پتانسیل الکتریکی است، زیرا یون های باردار در شبکه بلور های یونی در موقعیت نسبتا ثابتی قرار دارند و به غیر از حرکت ارتعاشی در محدوده خود حرکت انتقالی چندانی از خود نشان نمی دهند،اما هنگامی که بلورهای یونی ذوب می شوند، یون ها از موقعیت نسبتا ثابت خود آزاد می شوند. در این صورت شرط لازم یعنی حرکت ذرات باردار تامین می شود. در نتیجه مواد یونی مذاب به خوبی از خود قابلیت هدایت الکتریکی نشان می دهند.

 
 

به نیروی جاذبه ای که بین آنیون و کاتیون ایجاد می شود گویند و تر کیب حاصل شده از کنار هم قرار گرفتن یون  - و+ ایجاد می شود. همان گونه که در آهنربا دو قطب نا هم نام هم دیگر را جذب می کنند یون های مثبت و منفی هم دیگر را جذب می کنند .پیوند های یونی در آب حل شده و به دلیل پخش شدن آنیون و کاتیون در آب رسانا جریان برق می باشند. پیوند یونی برای اینکه خود را حفظ کند لایه آخر الکترون خود را پر میکند و به دلیل پیوند بسیار قدرتمندش دمای ذوب بالایی دارد و برگشت پذیر دارد. پیوند های یونی در زندگی ما بسیار با ارزش هستند به طوری که یکی از با استفاده ترین و با ارزش ترین پیوند های یونی در زندگی ما NACL یا سدیم *کلرید است که یکی از با ارزش ترین مواد است...ادامه

 
 

An ionic bond is a type of chemical bond formed through an electrostatic attraction between two oppositely charged ions. Ionic bonds are formed between a cation, which is usually a metal, and an anion, which is usually a nonmetal. Pure ionic bonding cannot exist: all ionic compounds have some degree of covalent bonding. Thus, an ionic bond is considered a bond where the ionic character is greater than the covalent character. The larger the difference in electronegativity between the two atoms involved in the bond, the more ionic (polar) the bond is. Bonds with partially ionic and partially covalent character are called polar covalent bonds. Ionic bonding is a form of noncovalent bonding. Ionic compounds conduct electricity when molten or in solution, but not as a solid. They generally have a high melting point and tend to be soluble in water...more

 
 

Ionic bonding involves transfer of an electron from one atom (which becomes a positively charged cation) to another (which becomes a negatively charged anion). The two ions attract strongly to form a crystal lattice. Since ionic bonding requires that the atoms involved have unequal attraction for their valence electrons, an ionic compound must involve atoms of two quite different elements. Attraction for electrons depends on the distance of the electrons from the nucleus (which in turn depends on the amount of shielding by inner electrons). Ionic compounds generally form between metals toward the left and bottom of the periodic table, and nonmetals toward the right and top of the periodic table. The size of atoms increases as main shells are added going down groups, and decreases as electrons are added to the same shell across periods, because the increasing number of protons draws the outer shell closer. Metal atoms are large compared to nonmetal atoms with the same valence shell (in the same period)...more

 
 
نظرات درباره این مطلب
 
 
نام
پست الکترونیک
نظر
 
CAPTCHA Image
Reload Image
 
مطالب مرتبط