الروابط الأيونية والمركبات الأيونية - الكيمياء2-1 - ثاني ثانوي

رابط الدرس الرق 4-2 الأهداف الروابط الأيونية والمركبات الأيونية تصف تكوين الرابطة الأيونية Ionic Bonds and Ionic Compounds وبناء المركبات الأيونية وقوة الرابطة الأيونية. تربط بين الخواص الفيزيائية للمركبات الأيونية وقوة الرابطة الأيونية. www.ien.edu.sa الفكرة الرئيسة تتجاذب الأيونات ذات الشحنات المختلفة لتكون مركبات أيونية متعادلة كهربائيا. الربط مع الحياة هل حاولت يومًا فصل كيس التغليف البلاستيكي بعضه عن بعض؟ تعود صعوبة فصل هذه المواد إلى تجاذب بعضها إلى بعض بسبب وجود أسطح مختلفة الشحنة. ) توضيح العلاقة بين تكون تكوين الروابط الأيونية المركب الأيوني والطاقة. مراجعة المفردات المركب : اتحاد كيميائي بين عنصرين مختلفين أو أكثر. المفردات الجديدة الرابطة الأيونية المركبات الأيونية الشبكة البلورية الإلكتروليت طاقة الشبكة البلورية Formation of Ionic Bonds ما الشيء المشترك بين التفاعلين الظاهرين في الشكل 4-4 تتفاعل العناصر معا في كلتا الحالتين لتكوين مركب كيميائي . ويبين الشكل 4-4a التفاعل بين عنصري الصوديوم والكلور، وينتقل في أثناء هذا التفاعل إلكترون تكافؤ من ذرة الصوديوم إلى ذرة الكلور، فتصبح ذرة الصوديوم أيونا موجبًا. وتستقبل ذرة الكلور هذا الإلكترون في مستوى الطاقة الخارجي لتصبح ذرة الكلور أيونا سالبًا. ويبين الشكل 4-4 التفاعل بين عنصري الماغنسيوم والأكسجين لتكوين أكسيد الماغنسيوم .MgO وعندما تتجاذب الشحنات المختلفة بين أيوني الصوديوم والكلوريد يتكون مركب كلوريد الصوديوم. وتسمى القوة الكهروستاتيكية التي تجذب الأيونات ذات الشحنات المختلفة في المركبات الأيونية الرابطة الأيونية. كما تسمى المركبات التي تحتوي على روابط أيونية المركبات الأيونية. المركبات الأيونية الثنائية تحتوي الآلاف من المركبات على روابط أيونية تسمى المركبات الأيونية، وهي مركبات ثنائية، أي أنها تتكون من عنصرين مختلفين. وتحتوي هذه المركبات الأيونية الثنائية على أيون فلزي موجب وأيوني لافلزي سالب؛ فكلوريد الصوديوم مثلًا مركب أيوني ثنائي؛ لأنه يتكون من أيونين مختلفين هما أيونا الصوديوم والكلور، وأكسيد الماغنيسيوم MgO الناتج عن التفاعل الظاهر في الشكل 44 ، مركب أيوني ثنائي أيضًا. الشكل 44 يُنتج كل من هذين التفاعلين الكيميائيين طاقة كبيرة في أثناء تكوين المركبات الأيونية a. ينتج عن التفاعل بين عنصر الصوديوم وغاز الكلور بلورات صلبة بيضاء اللون. b. ينتج عن اشتعال شريط فلز الماغنسيوم في الهواء مركب أيوني يسمى أكسيد الماغنسيوم. a b وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 144

الشحنات وتكوين المركبات الأيونية ما الدور الذي تقوم به شحنة الأيون في تكوين المركبات الأيونية؟ للإجابة عن هذا السؤال تفحص طريقة تكوين مركب فلوريد الكالسيوم. إن التوزيع الإلكتروني لذرة الكالسيوم هو Ar] 4s2] ، لذا فإنها تحتاج أن تفقد إلكترونين لتصل إلى التوزيع الإلكتروني المستقر لذرة الأرجون. أما التوزيع الإلكتروني لذرة الفلور فهو 22p ] ، ويجب أن تكتسب إلكترونًا واحدًا للوصول إلى التوزيع الإلكتروني المستقر لذرة النيون. ولأن عدد الإلكترونات المفقودة والمكتسبة يجب أن يكون متساويًا فإننا نحتاج إلى ذرتين من الفلور لتكسبا الإلكترونين اللذين فقدتهما ذرة الكالسيوم. وبذلك تكون الشحنة النهائية في مركب فلوريد الكالسيوم Car صفرًا. 2 2+ Ca ion + 2 Fions ( 1 − ) = (1) (+2) +(2)(−1) = 0 Fion 1 Caion ( ويلخص الجدول 3-4 طرائق عدة تمثل تكوين المركبات الأيونية، ومنها كلوريد الصوديوم. TLTI 1s 2s TL TT Na 2p ذرة صوديوم 145 واحات عليم Ministry of Education 2024-1446 11 e¯ (-11) + 11p (+11) الجدول 3-4 تكوين كلوريد الصوديوم المعادلة الكيميائية + طاقة + Na + Cl + Na + CI → التوزيع الإلكتروني انتقل إلكترون [Ne] 3s] [Ne] 3s²3p5 → [Ne] + [Ar] + 236 Na Na+ CI- التوزيع الإلكتروني بطريقة رسم مربعات المستويات انتقل إلكترون + TITL 35 1s 2s 2p 35 3p Cl ثمانية TLTI TITLITI + TTL TTL TH 1s 2s 2p Na+ TL TL TL TL + ülb 1s 2s 2p 35 CI- 3p التمثيل النقطي للإلكترونات (تمثيل لويس) طاقة + [::] + [Na] → النماذج الذرية انتقل إلكترون Nao +. Cl: ذرة كلور 17 e (-17) 17 p (+17) 10 e (-10) 11p + (+11) 18 e (-18) 17 p (+17) أيون كلوريد أيون صوديوم طاقة +

يتطلب تكوين أكسيد الألومنيوم فقدان كل ذرة ألومنيوم ثلاثة إلكترونات، واكتساب كل ذرة أكسجين إلكترونين. وبناءً على ذلك نحتاج إلى ثلاث ذرات من الأكسجين لتكسب 6 إلكترونات تفقد من ذرتي ألومنيوم لإنتاج مركب أكسيد الألومنيوم ALO المتعادل كهربائيا. 3 +30 ions (2) = 2(3+) + 3(2-) = 0 Oion مسائل تدريبية المطويات وضح كيف تتكون المركبات الأيونية من العناصر الآتية؟ أدخل معلومات من هذا 6. الصوديوم والنيتروجين. القسم في مطويتك. 7. الليثيوم والأكسجين. 8. الاسترانشيوم والفلور 9. الألومنيوم والكبريت. 2 Al ion ( 3+ Alion مجموعة 15 مجموعة 1 10. تحفيز وضح كيف يتحد عنصران من عناصر المجموعتين المبينتين في الجدول الدوري لتكوين مركب أيوني؟ خواص المركبات الأيونية Properties of Ionic Compounds تحدد الروابط الكيميائية في المركب الكثير من خصائصه . فعلى سبيل المثال، تكون الروابط الأيونية بناءات فيزيائية فريدة للمركبات الأيونية لا تشبه المركبات الأخرى. ويساهم البناء الفيزيائي للمركبات الأيونية في تحديد خصائصها الفيزيائية التي استخدمت في استعمالات متعددة كالتي يبينها الشكل 5-4 الشكل 5-4 الروابط الأيونية والفلزية ساعدت عدة اكتشافات متتالية العلماء على فهم خواص 1916م اقترح جلبرت المركبات الأيونية والفلزية، مما أدى إلى تصنيع لويس نظرية الترابط بين الذرات من خلال تبادل أدوات ومواد جديدة. الإلكترونات بينها. 1940م قام علماء المعادن بتطوير سبائك تعمل تحت درجات حرارة وضغط مرتفعين وقوة طرد مركزية عالية. وقد تم استخدام هذه السبائك لاحقا في تصنيع محركات الطائرات النفاثة والمركبات الفضائية. 1910 1900 1930 1897م تنبأ طومسون بأهمية دور الإلكترونات في الروابط الكيميائية. 1913م يظهر التصوير بأشعة إكس أيونات الصوديوم وأيونات الكلور في كلوريد الصوديوم وترتيبها البلوري المنتظم. 1932م ساعدت معرفة قيم الكهروسالبية العلماء على حساب قوة الجذب النسبية لكل عنصر للإلكترونات. 146 وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446

أيون كلوريد CI الشكل 6-4 يظهر المجهر الإلكتروني الماسح شكل بلورة كلوريد الصوديوم المكعبة. فسّر ما نسبة أيونات الصوديوم أيون صوديوم إلى أيونات الكلوريد في البلورة؟ بلورة كلوريد الصوديوم Na + البناء الفيزيائي يحتوي البناء الفيزيائي للمركبات الأيونية على عدد كبير من الأيونات الموجبة والسالبة، ويتحدد عددها بنسبة عدد الإلكترونات التي تنتقل من ذرات الفلز الى ذرات اللافلز . وتترتب هذه الأيونات بنمط متكرر يحفظ التوازن بين قوى التجاذب والتنافر بينها. تفحص نمط ترتيب الأيونات في بلورة كلوريد الصوديوم، كما تظهر في الشكل 6-4، ولاحظ التنظيم الدقيق لشكل البلورة الأيونية، حيث المسافات ثابتة بين الأيونات، والنمط المنظم الذي تترتب فيه. وعلى الرغم من أن أحجام الأيونات غير متساوية إلا أن كل أيون صوديوم محاط بستة أيونات كلوريد، وكذلك كل أيون كلوريد محاط بستة أيونات صوديوم. فما الشكل الذي تتوقعه لبلورة كبيرة من هذا المركب؟ كما يبين الشكل 46 فإن نسبة 1:1 من أيونات الصوديوم والكلوريد تكوّن بلورة مرتبة مكعبة الشكل. وكما هو الحال مع أي مركب أيوني كما في NaCl لا تتكون وحدة بناء البلورة من أيون صوديوم وأيون كلوريد، بل من عدد كبير من أيونات الصوديوم والكلوريد التي توجد معًا. ترى ما شكل بلورات ملح الطعام إذا فحصتها بعدسة مكبرة؟ ماذا قرأت ؟ فسر ما الذي يحدد نسبة الأيونات الموجبة إلى الأيونات السالبة في المركب الكيميائي؟ تجربة عملية تكون الملح ارجع إلى دليل التجارب العملية على منصة عين الإثرائية 1962م تم اكتشاف سبيكة النيكل والتيتانيوم التي لها ؛ القدرة على استعادة شكلها بعد تشكيلها "ذاكرة الشكل"، وتستعمل كثيرًا في تقويم الأسنان. 2004م طوّر العلماء سبيكة من النيكل والجاد ولينيوم لها القدرة على امتصاص النيوترونات المنبعثة من المخلفات النووية، وتستخدم عند نقل الوقود النووي الشديد الإشعاع. 1970 1990 1981م أتاح اكتشاف المجهر الماسح الأنبوبي للباحثين دراسة صور على المستوى الذري بالأبعاد الثلاثة. 2000 2010 147 واقي عليم Ministry of Education 2024-1446

الشكل 47 تعد مركبات الأراجونيت CaCO والباريت BaSO والبيرل 18 Be Al SiO 6 أمثلة على خامات المركبات الأيونية. وتنتظم الأيونات التي تتكون منها هذه المركبات في شبكة بلورية. ويؤدي الاختلاف في حجم الأيونات وشحناتها إلى تكون بلورات مختلفة الأشكال. 148 الأراجونيت CaCO 3 الباريت BaSO : البيرل Be AlSi O BegAl SiO 18 تتكون الشبكة البلورية نتيجة لقوة الجذب الكبيرة بين الأيونات الموجبة والأيونات السالبة. الشبكة البلورية ترتيب هندسي للجسيمات ثلاثي الأبعاد. يحاط فيها الأيون الموجب بالأيونات السالبة، كما يحاط الأيون السالب بالأيونات الموجبة. وتختلف البلورات الأيونية في شكلها بسبب حجم الأيونات وأعدادها المترابطة كما في الشكل 7-4. الربط مع علم الأرض المعادن الموضحة في الشكل 7-4 هي بعض الأنواع القليلة التي يدرسها علماء المعادن. ويستفيد العلماء من مخططات التصنيف لتنظيم الآلاف من المعادن المعروفة. وتُصنف هذه المعادن حسب اللون والشكل البلوري والصلابة، والخواص الكيميائية، والمغناطيسية والكهربائية، والعديد من الخواص الأخرى. كما يمكن تعرفها أيضًا من خلال أنواع الأيونات السالبة المتوافرة فيها. فعلى سبيل المثال، تكون السليكات ثلث المعادن المعروفة، وهي تلك المعادن التي تحتوي على أيونات السليكات السالبة - SiO الناتجة اتحاد السليكون مع الأكسجين. وتحتوي الهاليدات على أيونات الفلوريد، والكلوريد، والبروميد، واليوديد. وتحتوي أنواع أخرى من المعادن على البورون والأكسجين على هيئة أيونات سالبة معروفة باسم البورات، وكذلك على الكربون والأكسجين على هيئة أيونات سالبة أيضًا تسمى الكربونات. عن ماذا قرأت؟ حدد أي المعادن في الشكل 47 سليكات، وأيها كربونات؟ الخواص الفيزيائية يعد كل من درجة الغليان والانصهار والصلابة من الخواص الفيزيائية للمادة التي تعتمد على مدى قوة جذب الجسيمات المكونة للمادة بعضها لبعض. وتعتمد المقدرة على التوصيل الكهربائي - وهي خاصية فيزيائية أخرى - على توافر جسيمات مشحونة حرة الحركة. فالأيونات جسيمات مشحونة فإذا كانت حرة الحركة فإنها تجعل المركب الكيميائي يوصل الكهرباء. ولأن الأيونات مقيدة الحركة في حالة المادة الصلبة بسبب قوى الجذب الكبيرة، لذا لا تستطيع المواد الأيونية الصلبة توصيل الكهرباء. وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446

الجدول 4-4 درجات انصهار وغليان بعض المركبات الأيونية درجة الغليان (C°) درجة الانصهار (C°) المركب 1304 660 Nal 1435 734 KBr 1390 747 NaBr >1600 782 CaCl2 1413 801 NaCl 3600 2852 MgO عندما ينصهر المركب الأيوني الصلب ويصبح سائلا أو عند ذوبانه في المحلول، تصبح الأيونات التي كانت مقيدة في أماكنها قادرة الآن على الحركة بحرية، ولها القدرة على توصيل المفردات التيار الكهربائي. لذا تكون المركبات الأيونية جيدة التوصيل الكهربائي عندما تكون في الاستعمال العلمي والاستعمال صورة محلول أو سائل. ويسمى المركب الأيوني الذي يوصل محلوله التيار الكهربائي باسم الشائع لكلمة (التوصيل) الاستعمال العلمي: القدرة على الإلكتروليت. ولأن الروابط الأيونية قوية نسبيًّا، لذا تحتاج البلورات الأيونية إلى كم هائل من الطاقة تمرير الضوء والحرارة والصوت لتفكيكها. ولهذا السبب تكون درجات انصهارها وغليانها مرتفعة، كما يبين الجدول 4-4. والكهرباء. وتمتاز الكثير من البلورات - ومنها الأحجار الكريمة - بألوانها الزاهية؛ بسبب وجود فلزات لا يوصل الماء المقطر الكهرباء جيدا. الاستعمال الشائع: انتقالية داخل الشبكة البلورية. وتمتاز البلورات الأيونية أيضًا بالقوة والصلابة والهشاشة؛ بسبب قوة التجاذب التي تُثبت الأيونات في أماكنها. وعندما تؤثر قوة خارجية على الأيونات التي تشتمل عليها البلورة، وصل الشيء إليه أني أنهاه إليه وتكون هذه القوة قادرة على التغلب على قوى التجاذب بين الأيونات فإن البلورة تتشقق أو تتفتت إلى أجزاء كما في الشكل 8-4 لأن القوة الخارجية تحرّك الأيونات ذات الشحنات المتشابهة بعضها مقابل بعض مما يجعل قوة التنافر تفتت البلورة إلى أجزاء. 6 وأبلغه إياه . الشكل 48 تنجذب الأيونات بعضها نحو بعض بقوة جذب كبيرة ، فتثبت في أماكنها ، لذا يتطلب التغلب عليها قوة أكبر. + + + +- + = + بلورة أيونية منتظمة للبلورة نمط منتظم للأيونات قبل تأثير القوة الخارجية فيها. تؤدي القوة الخارجية إلى إعادة ترتيب الجسيمات إذا كانت القوة المؤثرة كبيرة بقدر كاف فإنها تحرك الأيونات من أماكنها . تؤدي قوة التنافر إلى كسر البلورة تؤدي قوة التنافر بين الأيونات ذات الشحنات المتشابهة إلى كسر البلورة. 149 والتعليم Ministry of Education 2024-1446

تجربة عملية خواص المركبات الأيونية عين الإثرائية الطاقة والروابط الأيونية Energy and Ionic Bonds تُمتص الطاقة أو تنطلق أثناء التفاعل الكيميائي، فإذا امتُصَّت الطاقة في أثناء التفاعل وصف ارجع إلى دليل التجارب العملية على منصة التفاعل بأنه ماص للطاقة، أما إذا انطلقت الطاقة في أثناء التفاعل فيوصف بأنه طارد للطاقة. تكون المركبات الأيونية من الأيونات الموجبة والسالبة يوصف دائما بأنه طارد للطاقة. فعندما تتجاذب الأيونات الموجبة والسالبة يتقارب بعضها من بعض لتكون نظامًا أكثر استقرارًا، طاقته أقل من طاقة الأيونات المنفردة. إذا امتُصَّ مقدار الطاقة نفسه الذي تم إطلاقه خلال تكون الرابطة فإن ذلك يؤدي إلى تكسير الروابط التي تربط الأيونات الموجبة والسالبة. و طاقة الشبكة البلورية تسمى الطاقة التي تلزم لفصل أيونات mol 1 من المركب الأيوني طاقة الشبكة البلورية. وفي هذه الحالة ينظر إليها على أنها طاقة ممتصة، وتشير إلى قوة تجاذب الأيونات التي تعمل على تثبيتها في أماكنها، حيث تزداد طاقة الشبكة البلورية بزيادة قوة التجاذب. ويمكن النظر إلى طاقة الشبكة البلورية على أنها الطاقة المنبعثة عند اتحاد أيونات 1mol من المركب الأيوني، وفي هذه الحالة ينظر إليها على أنها طاقة منبعثة. وتجدر الإشارة إلى أن قيمة الطاقة الممتصة تكون موجبة، في حين تكون قيمة الطاقة المنبعثة سالبة. تتأثر طاقة الشبكة البلورية بمقدار شحنة الأيون؛ إذ عادة ما تكون طاقة الشبكة البلورية التي تتكون من أيونات كبيرة الشحنة أكبر من طاقة الشبكة البلورية التي تتكون من أيونات صغيرة الشحنة. لذا تكون طاقة Mg أكبر أربع مرات تقريبًا من طاقة NaF؛ لأن شحنة الأيونات في MgO أكبر من شحنة الأيونات في NaF. كما أن طاقة الشبكة البلورية Srl تقع بين طاقة الشبكة البلورية MgO والشبكة البلورية Na ، لأن الشبكة البلورية STC تحتوي على أيونات ذات شحنة موجبة عالية وأيونات ذات شحنة سالبة منخفضة معًا . ترتبط طاقة الشبكة البلورية بصورة مباشرة بحجوم الأيونات المرتبطة معا. فالأيونات الصغيرة الحجم تكون مركبات أيوناتها متراصة؛ أي لا يوجد بينها فراغات. ولأن قوة التجاذب بين الشحنات المختلفة تزداد كلما قلت المسافة بينها فإن الأيونات الصغيرة تكون قوى تجاذب كبيرة وطاقة شبكة بلورية كبيرة. فعلى سبيل المثال، طاقة الشبكة البلورية لمركب الليثيوم أكبر من طاقة الشبكة البلورية لمركب البوتاسيوم الذي يحتوي على الايون السالب ويعود السبب في ذلك؛ إلى أن حجم أيون الليثيوم أصغر من حجم أيون البوتاسيوم. نفسه. + يُظهر الجدول 45 طاقات الشبكات البلورية لبعض المركبات الأيونية. فعند تفحص طاقات الشبكات البلورية لكل من RbF و KF تجد أن طاقة الشبكة البلورية KF أكبر من طاقة الشبكة البلورية RDF ؛ لأن نصف قطر K أصغر من نصف قطر Rb. وهذا ما يؤكد أن طاقة الشبكة البلورية مرتبطة مع حجم الأيون. والآن، تفحص طاقة الشبكة البلورية لكل من SrCl و AgCl. كيف توضح هذه القيم العلاقة بين طاقة الشبكة البلورية ومقدار شحنة الأيون؟ وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 150

الجدول 5-4 طاقات الشبكات البلورية لبعض المركبات الأيونية طاقة الشبكة البلورية طاقة الشبكة البلورية المركب المركب kJ/mol kJ/mol 808 KF 632 KI 910 AgCl 671 KBr 910 NaF 774 RbF 1030 LiF 682 Nal 2142 SrCl₂ 732 NaBr 3795 MgO 769 NaCl التقويم 2-4 الخلاصة 11. الفكرة الرئيسة لخص تكوين الرابطة الأيونية من خلال وضع المصطلحات الرابطة الكيميائية قوة تجاذب تربط بين الآتية في صورة أزواج صحيحة : الكاتيون، الأنيون، اكتساب ذرتين أو اكثر. الإلكترونات، فقد الإلكترونات. تحتوي المركبات الأيونية على روابط : 12 . وضح كيف يمكن لمركب أيوني يتكون من جسيمات مشحونة أن يكون متعادلا كهربائيا ؟ أيونية ناتجة عن التجاذب بين الأيونات المختلفة الشحنات. تترتب الأيونات في المركبات الأيونية في صورة وحدات منتظمة متكررة تُعرف بالشبكة البلورية. ترتبط خواص المركبات الأيونية بقوة الرابطة الأيونية. المركبات الأيونية التي في صورة محاليل أو مصاهير توصل التيار الكهربائي. 13. صف التغيرات في الطاقة المصاحبة لتكوين الرابطة الأيونية، وعلاقة ذلك باستقرار المركبات الأيونية؟ 14. حدد ثلاث خواص فيزيائية للمركبات الأيونية تعتمد على الرابطة الأيونية، وبين علاقتها بقوة الرابطة. 15. فسّر كيف تكون الأيونات الروابط ؟ وصف بناء المركب الناتج. 16. اربط بين طاقة الشبكة البلورية وقوة الرابطة الأيونية. 17. طبق باستعمال التوزيع الإلكتروني ورسم مربعات المستويات والتمثيل النقطي للإلكترونات طريقة تكوين المركب الأيوني من فلز الإسترانشيوم ولافلز الكلور. تعرف طاقة الشبكة البلورية بالطاقة 18. صمّم خريطة مفاهيم لتوضيح العلاقة بين قوة الرابطة الأيونية والخواص الفيزيائية للمركبات الأيونية، وطاقة الشبكة البلورية واستقرارها. اللازمة لفصل أيونات 1mol من المركب الأيوني. 151 واقيت عليم Ministry of Education 2024-1446