تاریخچه ی:
جفت الکترون آزاد
تفاوت با نگارش: 1
| |
| |
|
| - | ||__~~green:جفت الکترون آزاد یا ناپیوندی~~__ جفت الکترونی است که در تشکیل پیوند کووالانسی شرکت ندارد و به طور جفت الکترون تنها بر روی اتم قرار می گیرد.|| |
+ | ||__~~green:جفت الکترون آزاد یا ناپیوندی~~__ جفت الکترونی است که در تشکیل پیوند کووالانسی شرکت ندارد و به طور جفت الکترون تنها بر روی اتم قرار می گیرد.|| />
{img src=img/daneshnameh_up/1/13/slide4.gif}
|
یک واکنش که جفت الکترونهای پیوندی و غیر پیوندی(آزاد) نشان داده شده است.
|
|
| | !انواع جفت الکترون | | !انواع جفت الکترون |
| | !!جفت الکترون پیوندی | | !!جفت الکترون پیوندی |
| | __جفت الکترون پیوندی__ ، جفت الکترونی است که در تشکیل بین دو ((اتم)) شرکت دارد و از به اشتراک گذاشتن ((الکترون|الکترونهای)) دو اتم حاصل می‌شود. چون جفت الکترونهای پیوندی مستقیما تحت تاثیر دو ((هسته)) قرار می‌گیرند، تحرک کمتری دارند. | | __جفت الکترون پیوندی__ ، جفت الکترونی است که در تشکیل بین دو ((اتم)) شرکت دارد و از به اشتراک گذاشتن ((الکترون|الکترونهای)) دو اتم حاصل می‌شود. چون جفت الکترونهای پیوندی مستقیما تحت تاثیر دو ((هسته)) قرار می‌گیرند، تحرک کمتری دارند. |
| | !!جفت الکترون آزاد (ناپیوندی) | | !!جفت الکترون آزاد (ناپیوندی) |
| | افزون بر الکترونهایی که در تشکیل ((پیوند کووالانسی)) روی اتم‌ها قرار می‌گیرند که به __الکترونهای آزاد یا ناپیوندی__ معروفند و در واقع الکترنهایی از لایه والانس هستند که در پیوند کووالانسی شرکت نکرده‌اند و بصورت جفت الکترون تنها روی اتم قرار گرفته‌اند و چون جفت الکترونهای ناپیوندی بیشتر تحت تاثیر یک هسته قرار می‌گیرند، تحرک بیشتری نسبت به جفت الکترونهای پیوندی دارند و فضای بزرگتری را اشغال می‌کنند.
نیروی دافعه نسبتا" زیاد بین الکترونهای ناپیوندی موجب افزایش فاصله میان آنها می‌شود و در نتیجه آنها را به الکترونهای پیوندی نزدیکتر می‌کند. جفت الکترونهای ناپیوندی در تشکیل ((پیوند هیدروژنی)) ، ((پیوند داتیو)) و __تعیین ساختار اتم__ نقش اساسی ایفا می‌کنند. | | افزون بر الکترونهایی که در تشکیل ((پیوند کووالانسی)) روی اتم‌ها قرار می‌گیرند که به __الکترونهای آزاد یا ناپیوندی__ معروفند و در واقع الکترنهایی از لایه والانس هستند که در پیوند کووالانسی شرکت نکرده‌اند و بصورت جفت الکترون تنها روی اتم قرار گرفته‌اند و چون جفت الکترونهای ناپیوندی بیشتر تحت تاثیر یک هسته قرار می‌گیرند، تحرک بیشتری نسبت به جفت الکترونهای پیوندی دارند و فضای بزرگتری را اشغال می‌کنند.
نیروی دافعه نسبتا" زیاد بین الکترونهای ناپیوندی موجب افزایش فاصله میان آنها می‌شود و در نتیجه آنها را به الکترونهای پیوندی نزدیکتر می‌کند. جفت الکترونهای ناپیوندی در تشکیل ((پیوند هیدروژنی)) ، ((پیوند داتیو)) و __تعیین ساختار اتم__ نقش اساسی ایفا می‌کنند. |
| | !نقش جفت الکترون آزاد در تشکیل پیوند هیدروژنی | | !نقش جفت الکترون آزاد در تشکیل پیوند هیدروژنی |
| - | جاذبه بین مولکولی در برخی از ترکیبات هیدروژن‌دار بطور غیر عادی قوی است. این جاذبه در ترکیباتی مشاهده می‌شود که در آنها بین ((هیدروژن)) و ((عنصر|عناصری)) که اندازه کوچک و ((الکترونگاتیویته|الکترونگاتیوی)) زیاد دارند، پیوند هیدروژنی وجود دارد. در این ترکیبات ، اتم عنصر الکترونگاتیو چنان جاذبه شدید بر الکترونهای پیوندی اعمال می‌کند که در نتیجه آن ، هیدروژن دارای بار مثبت قابل ملاحظه __~~green:+δ ~~__می‌گردد.
هیدروژن در این حالت ، تقریبا بصورت یک پروتون بی‌حفاظ است، زیرا این عنصر فاقد ((الکترون)) پوششی است. اتم هیدروژن یک مولکول و زوج الکترون غیر مشترک مولکول دیگر ، متقابلا همدیگر را جذب می‌کنند و پیوندی تشکیل می‌شود که به __پیوند هیدروژنی__ موسوم است. هر اتم هیدروژن قادر است تنها یک پیوند هیدروژنی تشکیل دهد و اتم هیدروژن در پیوند هیدروژنی ، پلی است میان دو اتم شدید الکترونگاتیو با یک اتم هیدروژن که از طرفی بطور کووالانسی با یکی از اتمهای الکترونگاتیو و از طرف دیگر بطور استاتیکی ( جاذبه مثبت به منفی ) با اتم الکترونگاتیو دیگر پیوند یافته است.
استحکام پیوند هیدروژنی ، __یک‌دهم__ تا __یک‌پنجاهم__ قدرت پیوند کووالانسی متوسط است. ترکیباتی که ((مولکول|مولکولهای)) آنها از طریق پیوند هیدروژنی به همدیگر پیوسته‌اند، علاوه بر دارا بودن نقاط جوش بالا ، بطور غیر عادی در دمای بالا ذوب می‌شوند و ((آنتالپی)) تبخیر ، آنتالپی ذوب و گرانروی آنها زیاد است. |
+ | جاذبه بین مولکولی در برخی از ترکیبات هیدروژن‌دار بطور غیر عادی قوی است. این جاذبه در ترکیباتی مشاهده می‌شود که در آنها بین ((هیدروژن)) و ((عنصر|عناصری)) که اندازه کوچک و ((الکترونگاتیویته|الکترونگاتیوی)) زیاد دارند، پیوند هیدروژنی وجود دارد. در این ترکیبات ، اتم عنصر الکترونگاتیو چنان جاذبه شدید بر الکترونهای پیوندی اعمال می‌کند که در نتیجه آن ، هیدروژن دارای بار مثبت قابل ملاحظه __~~green:+δ ~~__می‌گردد.
هیدروژن در این حالت ، تقریبا بصورت یک پروتون بی‌حفاظ است، زیرا این عنصر فاقد ((الکترون)) پوششی است. اتم هیدروژن یک مولکول و زوج الکترون غیر مشترک مولکول دیگر ، متقابلا همدیگر را جذب می‌کنند و پیوندی تشکیل می‌شود که به __پیوند هیدروژنی__ موسوم است. هر اتم هیدروژن قادر است تنها یک پیوند هیدروژنی تشکیل دهد و اتم هیدروژن در پیوند هیدروژنی ، پلی است میان دو اتم شدید الکترونگاتیو با یک اتم هیدروژن که از طرفی بطور کووالانسی با یکی از اتمهای الکترونگاتیو و از طرف دیگر بطور استاتیکی ( جاذبه مثبت به منفی ) با اتم الکترونگاتیو دیگر پیوند یافته است.
استحکام پیوند هیدروژنی ، __یک‌دهم__ تا __یک‌پنجاهم__ قدرت پیوند کووالانسی متوسط است. ترکیباتی که ((مولکول|مولکولهای)) آنها از طریق پیوند هیدروژنی به همدیگر پیوسته‌اند، علاوه بر دارا بودن نقاط جوش بالا ، بطور غیر عادی در دمای بالا ذوب می‌شوند و ((آنتالپی)) تبخیر ، آنتالپی ذوب و گرانروی آنها زیاد است. />
{img src=img/daneshnameh_up/f/f6/img34.gif}
|
جفت الکترونهای آزاد اطراف Fها ، می‌توانند در تشکیل پیوند هیدروژنی شرکت کنند.
|
|
| | !نقش جفت الکترون آزاد در تشکیل پیوند داتیو | | !نقش جفت الکترون آزاد در تشکیل پیوند داتیو |
| | اتم ((نیتروژن)) با سه اتم هیدروژن ، پیوند کووالانسی معمولی تشکیل می‌دهد و به ((آرایش الکترونی عناصر|آرایش الکترونی)) __گاز بی‌اثر__ می‌رسد پس از این عمل ، برای نیتروژن یک جفت الکترون آزاد یا ناپیوندی باقی می‌ماند که می‌تواند آن را بصورت __داتیو__ در اختیار اتم‌هایی که به آن نیاز دارند، قرار دهد. از سوی دیگر ، اتم هیدروژن که یک اتم الکترون در ((اوربیتال اتمی|اوربیتال)) آن موجود است، هر گاه این الکترون را از دست بدهد، به ((آنیون و کاتیون|یون)) تبدیل می‌شود که اوربیتال آن خالی است.
حال هر گاه این یون به آمونیاک (__NH3:__) نزدیک شود، با آن ، __پیوند داتیو__ برقرار می‌کند و خود را به آرایش گاز بی‌اثر می‌رساند. این مجموعه که __یون آمونیوم__ نامیده می‌شود، در بسیاری از ترکیبات مانند __کلرید آمونیوم__ و __هیدروکسید آمونیوم__ وجود دارد.
اندازه گیری‌های انجام شده نشان می‌دهد که انرژی و طول پیوند هر چهار پیوند (__N-H__) در __یون آمونیوم__ کاملا یکسان است.
این امر منطقی به نظر می‌رسد که پیوند داتیو مانند پیوند کووالانسی معمولی یک جفت الکترون است که بین دو هسته اتم نیتروژن و هسته اتم هیدروژن قرار گرفته است. | | اتم ((نیتروژن)) با سه اتم هیدروژن ، پیوند کووالانسی معمولی تشکیل می‌دهد و به ((آرایش الکترونی عناصر|آرایش الکترونی)) __گاز بی‌اثر__ می‌رسد پس از این عمل ، برای نیتروژن یک جفت الکترون آزاد یا ناپیوندی باقی می‌ماند که می‌تواند آن را بصورت __داتیو__ در اختیار اتم‌هایی که به آن نیاز دارند، قرار دهد. از سوی دیگر ، اتم هیدروژن که یک اتم الکترون در ((اوربیتال اتمی|اوربیتال)) آن موجود است، هر گاه این الکترون را از دست بدهد، به ((آنیون و کاتیون|یون)) تبدیل می‌شود که اوربیتال آن خالی است.
حال هر گاه این یون به آمونیاک (__NH3:__) نزدیک شود، با آن ، __پیوند داتیو__ برقرار می‌کند و خود را به آرایش گاز بی‌اثر می‌رساند. این مجموعه که __یون آمونیوم__ نامیده می‌شود، در بسیاری از ترکیبات مانند __کلرید آمونیوم__ و __هیدروکسید آمونیوم__ وجود دارد.
اندازه گیری‌های انجام شده نشان می‌دهد که انرژی و طول پیوند هر چهار پیوند (__N-H__) در __یون آمونیوم__ کاملا یکسان است.
این امر منطقی به نظر می‌رسد که پیوند داتیو مانند پیوند کووالانسی معمولی یک جفت الکترون است که بین دو هسته اتم نیتروژن و هسته اتم هیدروژن قرار گرفته است. |
| | !تاثیر جفت الکترونهای آزاد بر ساختار مولکولی | | !تاثیر جفت الکترونهای آزاد بر ساختار مولکولی |
| | چون جفت الکترونهای پیوندی ، مستقیما تحت تاثیر دو هسته قرار می‌گیرند، تحرک کمتری دارند، در صورتی‌که جفت الکترونهای ناپیوندی (تنها) ، بیشتر تحت تاثیر یک هسته بوده، تحرک بیشتری دارند و فضای بزرگتری را اشغال می‌کنند. نیروی دافعه نسبتا زیاد بین الکترونهای ناپیوندی ، موجب افزایش فاصله میان آنها می‌شود و در نتیجه ، آنها را به الکترونهای پیوندی نزدیکتر می‌کند و برای توجیه تغییرات زاویه پیوند نسبت به وضعیت ایده‌آل که بر اساس استفاده از ((اوربیتال هیبریدی|اوربیتالهای هیبریدی)) پیش‌بینی می‌شود، اثر دافعه متقابل جفت الکترونهای لایه ظرفیت اتم مرکزی به ترتیب زیر کاهش می‌یابد:
| | چون جفت الکترونهای پیوندی ، مستقیما تحت تاثیر دو هسته قرار می‌گیرند، تحرک کمتری دارند، در صورتی‌که جفت الکترونهای ناپیوندی (تنها) ، بیشتر تحت تاثیر یک هسته بوده، تحرک بیشتری دارند و فضای بزرگتری را اشغال می‌کنند. نیروی دافعه نسبتا زیاد بین الکترونهای ناپیوندی ، موجب افزایش فاصله میان آنها می‌شود و در نتیجه ، آنها را به الکترونهای پیوندی نزدیکتر می‌کند و برای توجیه تغییرات زاویه پیوند نسبت به وضعیت ایده‌آل که بر اساس استفاده از ((اوربیتال هیبریدی|اوربیتالهای هیبریدی)) پیش‌بینی می‌شود، اثر دافعه متقابل جفت الکترونهای لایه ظرفیت اتم مرکزی به ترتیب زیر کاهش می‌یابد:
|
| | __~~green:جفت پیوندی - جفت پیوندی > جفت آزاد - جفت پیوندی > جفت آزاد - جفت آزاد~~__
| | __~~green:جفت پیوندی - جفت پیوندی > جفت آزاد - جفت پیوندی > جفت آزاد - جفت آزاد~~__
|
| | دو ترکیب آشنا ، ((آمونیاک)) و ((آب)) ، نشان می‌دهد که چگونه زوج الکترونهای غیر مشترک می‌توانند بر روی ساختمان مولکولی اثر گذارند. | | دو ترکیب آشنا ، ((آمونیاک)) و ((آب)) ، نشان می‌دهد که چگونه زوج الکترونهای غیر مشترک می‌توانند بر روی ساختمان مولکولی اثر گذارند. |
| | !!مولکول آمونیاک (NH3) | | !!مولکول آمونیاک (NH3) |
| | در مولکول آمونیاک ، در لایه ظرفیت اتم مرکزی (نیتروژن) سه جفت الکترون پیوندی ( مربوط به پیوندهای کووالانسی __N-H__ ) و یک جفت الکترون تنها وجود دارند. بر اساس نیروی دافعه متقابل بین جفت الکترونهای لایه ظرفیت اتم مرکزی ، پیشگویی اولیه آن است که آرایش این جفتها بصورت چهار وجهی با زاویه پیوندی __˚́28/109__ باشد (چون اتم نیتروژن دارای 4 اوربیتال هیبریدی __sp3__ است).
اما شواهد تجربی ، تفاوت اندکی را با این پیشگویی می‌رسانند. در واقع مولکول آمونیاک هرمی شکل است و زاویه های __H-N-H__ در آن __˚107__ است. واقعیت آن است که زوج الکترونهای آزاد ، فضای بیشتری را از اتمهای هیدروژن اشغال می‌کنند و بنابراین تمایل دارند تا به پیوندها فشار بیشتری وارد نموده و در نتیجه زوایای پیوندی ، قدری کوچکتر از زوایای یک چهار وجهی می‌شوند. | | در مولکول آمونیاک ، در لایه ظرفیت اتم مرکزی (نیتروژن) سه جفت الکترون پیوندی ( مربوط به پیوندهای کووالانسی __N-H__ ) و یک جفت الکترون تنها وجود دارند. بر اساس نیروی دافعه متقابل بین جفت الکترونهای لایه ظرفیت اتم مرکزی ، پیشگویی اولیه آن است که آرایش این جفتها بصورت چهار وجهی با زاویه پیوندی __˚́28/109__ باشد (چون اتم نیتروژن دارای 4 اوربیتال هیبریدی __sp3__ است).
اما شواهد تجربی ، تفاوت اندکی را با این پیشگویی می‌رسانند. در واقع مولکول آمونیاک هرمی شکل است و زاویه های __H-N-H__ در آن __˚107__ است. واقعیت آن است که زوج الکترونهای آزاد ، فضای بیشتری را از اتمهای هیدروژن اشغال می‌کنند و بنابراین تمایل دارند تا به پیوندها فشار بیشتری وارد نموده و در نتیجه زوایای پیوندی ، قدری کوچکتر از زوایای یک چهار وجهی می‌شوند. |
| | !!مولکول آب (H2O) | | !!مولکول آب (H2O) |
| - | مولکول آب ، وضعی مشابه آمونیاک دارد، با این تفاوت که اتم مرکزی آن (((اکسیژن))) ، دارای فقط دو الکترون جفت نشده است و از این رو فقط با دو اتم هیدروژنی که در دو گوشه چهار وجهی قرار دارند، پیوند تشکیل می دهد. دو گوشه دیگر چهار وجهی بوسیله زوج الکترونهای آزاد اشغال می‌شوند. اندازه گیری واقعی نشان می‌دهد که زاویه __H-O-H__ در حدود __˚105__ یعنی کمتر از زاویه محاسبه شده برای یک چهار وجهی و حتی کوچکتر از زاویه آمونیاک است.
در اینجا بعلت وجود دو جفت تنها و اثر دافعه متقابل بیشتر بین آنها ، به زوایای پیوندها فشار بیشتری وارد می‌شود و در نتیجه ، زوایای پیوندی به هم بیشتر نزدیک می‌شوند. |
+ | مولکول آب ، وضعی مشابه آمونیاک دارد، با این تفاوت که اتم مرکزی آن (((اکسیژن))) ، دارای فقط دو الکترون جفت نشده است و از این رو فقط با دو اتم هیدروژنی که در دو گوشه چهار وجهی قرار دارند، پیوند تشکیل می دهد. دو گوشه دیگر چهار وجهی بوسیله زوج الکترونهای آزاد اشغال می‌شوند. اندازه گیری واقعی نشان می‌دهد که زاویه __H-O-H__ در حدود __˚105__ یعنی کمتر از زاویه محاسبه شده برای یک چهار وجهی و حتی کوچکتر از زاویه آمونیاک است.
در اینجا بعلت وجود دو جفت تنها و اثر دافعه متقابل بیشتر بین آنها ، به زوایای پیوندها فشار بیشتری وارد می‌شود و در نتیجه ، زوایای پیوندی به هم بیشتر نزدیک می‌شوند. />
{img src=img/daneshnameh_up/a/a5/IMG00024.gif}
|
نقطه‌ها ، جفت الکترونهای آزاد را نشان می‌دهند.
|
|
| | !تشکیل پیوندهای π برگشتی با استفاده از الکترونهای آزاد | | !تشکیل پیوندهای π برگشتی با استفاده از الکترونهای آزاد |
| | در تشکیل مولکول مسطح __BF3__ ، اتم ((بور)) برای تشکیل سه پیوند کووالانسی ، به سه الکترون منفرد نیاز دارد. بنابراین در حالت برانگیخته بصورت __1s22s12p2__ در می‌آید. با توجه به یکسان بودن پیوندها در مولکول __BF3__ ، اتم بور در تشکیل پیوند از اوربیتالهای هیبریدی __sp2__ استفاده می‌کند. اما خواص مولکول __BF3__ نشان می‌دهد که پیوند __B-F__ دارای مقداری خصلت دو گانه است.
در اتم مرکزی ، یک اوربیتال خالی __p__ وجود دارد که بر صفحه اوربیتالهای هیبریدی __sp2__ عمود است. این اوربیتال خالی می‌تواند از طریق جانبی با اوربیتال پُر __2p__ (جفت الکترونهای آزاد روی اتم ((فلوئور))) از اتم فلوئور مقداری همپوشانی داشته باشد و از __F__ جفت الکترون بپذیرد. این نوع پیوند را که از همپوشانی جانبی اوربیتالها بوجود می‌آید، __~~green:پیوند π برگشتی~~__ (__π back bonding__) می‌گویند.
تشکیل پیوند __π__ در مولکول __BF3__ موجب تقویت پیوند سیگما در __B-F__ می‌شود. در نتیجه ، طول پیوند __B-F__ از پیوند یگانه برای دو اتم ((فلوئور)) و ((بور)) کوتاهتر خواهد بود. | | در تشکیل مولکول مسطح __BF3__ ، اتم ((بور)) برای تشکیل سه پیوند کووالانسی ، به سه الکترون منفرد نیاز دارد. بنابراین در حالت برانگیخته بصورت __1s22s12p2__ در می‌آید. با توجه به یکسان بودن پیوندها در مولکول __BF3__ ، اتم بور در تشکیل پیوند از اوربیتالهای هیبریدی __sp2__ استفاده می‌کند. اما خواص مولکول __BF3__ نشان می‌دهد که پیوند __B-F__ دارای مقداری خصلت دو گانه است.
در اتم مرکزی ، یک اوربیتال خالی __p__ وجود دارد که بر صفحه اوربیتالهای هیبریدی __sp2__ عمود است. این اوربیتال خالی می‌تواند از طریق جانبی با اوربیتال پُر __2p__ (جفت الکترونهای آزاد روی اتم ((فلوئور))) از اتم فلوئور مقداری همپوشانی داشته باشد و از __F__ جفت الکترون بپذیرد. این نوع پیوند را که از همپوشانی جانبی اوربیتالها بوجود می‌آید، __~~green:پیوند π برگشتی~~__ (__π back bonding__) می‌گویند.
تشکیل پیوند __π__ در مولکول __BF3__ موجب تقویت پیوند سیگما در __B-F__ می‌شود. در نتیجه ، طول پیوند __B-F__ از پیوند یگانه برای دو اتم ((فلوئور)) و ((بور)) کوتاهتر خواهد بود. |
| | !مباحث مرتبط با عنوان | | !مباحث مرتبط با عنوان |
| | *((اتم)) | | *((اتم)) |
| | *((اتم اولیه)) | | *((اتم اولیه)) |
| | *((الکترون)) | | *((الکترون)) |
| | *((الکترونگاتیویته)) | | *((الکترونگاتیویته)) |
| | *((اوربیتال اتمی)) | | *((اوربیتال اتمی)) |
| | *((اوربیتال مولکولی)) | | *((اوربیتال مولکولی)) |
| | *((اوربیتال هیبریدی)) | | *((اوربیتال هیبریدی)) |
| | *((جفت الکترون پیوندی)) | | *((جفت الکترون پیوندی)) |
| | *((پیوند پی)) | | *((پیوند پی)) |
| | *((پیوند داتیو)) | | *((پیوند داتیو)) |
| | *((پیوند سیگما)) | | *((پیوند سیگما)) |
| | *((پیوند کووالانسی)) | | *((پیوند کووالانسی)) |
| | *((پیوند هیدروژنی)) | | *((پیوند هیدروژنی)) |
| | *((نیروی بین مولکولی)) | | *((نیروی بین مولکولی)) |
| | *((نظریه پیوند والانس)) | | *((نظریه پیوند والانس)) |
| | *((نیروی لاندن)) | | *((نیروی لاندن)) |
| | *((نیروی واندروالسی)) | | *((نیروی واندروالسی)) |
| | *((هسته)) | | *((هسته)) |
| | *((هیبریداسیون)) | | *((هیبریداسیون)) |
