داد و ستد الکترون: یک مبادلهٔ اتمی
پیشنیاز: آرایش الکترونی و میل به پایداری
همهٔ اتمها دوست دارند مانند گازهای نجیب4، لایهٔ آخر الکترونی خود (لایهٔ ظرفیت) را پر کنند. این حالت، بیشترین پایداری را برای آنها فراهم میکند. تعداد الکترونهای لایهٔ ظرفیت، تعیین میکند که یک اتم چگونه به این پایداری برسد.
| راه پایداری | شرح | مثال ملموس |
|---|---|---|
| دادن الکترون | اتمهایی که الکترونهای کمی در لایهٔ ظرفیت دارند (مثلاً 1 یا 2 تا)، راحتتر آنها را میدهند تا لایهٔ خالی شوند و لایهٔ داخلیِ پر، لایهٔ آخر شود. | سدیم (در نمک) با 11 الکترون. آرایش: 2,8,1. با از دست دادن آن یک الکترون، به آرایش 2,8 (مشابه نئون) میرسد. |
| گرفتن الکترون | اتمهایی که نزدیک به ۸ الکترون در لایهٔ ظرفیت هستند (مثلاً 6 یا 7 تا)، ترجیح میدهند الکترون بگیرند تا لایهٔ خود را کامل کنند. | کلر (در نمک) با 17 الکترون. آرایش: 2,8,7. با گرفتن یک الکترون، به آرایش 2,8,8 (مشابه آرگون) میرسد. |
| به اشتراک گذاری | (غیر از موضوع این مقاله) برخی اتمها الکترونها را به اشتراک میگذارند تا لایهٔ ظرفیت کامل شود. این روش تشکیل مولکولهاست. | اکسیژن و هیدروژن در مولکول آب. الکترونها بین آنها به اشتراک گذاشته میشوند. |
مراحل یک داد و ستد الکترون: از اتم تا ترکیب یونی
بیایید تشکیل نمک خوراکی ($\mathrm{NaCl}$) را گامبهگام دنبال کنیم:
گام ۱: آماده شدن برای مبادله. اتم سدیم ($\mathrm{Na}$) با 11 پروتون و 11 الکترون خنثی است. لایهٔ آخر آن فقط 1 الکترون دارد. اتم کلر ($\mathrm{Cl}$) با 17 پروتون و 17 الکترون خنثی است و لایهٔ آخر آن 7 الکترون دارد.
گام ۲: انتقال الکترون. اتم سدیم، آن یک الکترون لایهٔ آخر خود را به کلر میدهد. با این کار:
- سدیم 1 الکترون از دست میدهد. حالا 11 پروتون (+) و 10 الکترون (-) دارد. بار کلی: $ (+11) + (-10) = +1 $. پس به یون سدیم با نماد $\mathrm{Na^+}$ تبدیل میشود.
- کلر آن الکترون را میگیرد. حالا 17 پروتون (+) و 18 الکترون (-) دارد. بار کلی: $ (+17) + (-18) = -1 $. پس به یون کلرید با نماد $\mathrm{Cl^-}$ تبدیل میشود.
گام ۳: جاذبه و تشکیل پیوند. حالا دو یون با بار مخالف داریم: $\mathrm{Na^+}$ و $\mathrm{Cl^-}$. بارهای مخالف یکدیگر را جذب میکنند. این نیروی جاذبهٔ الکتریکی قوی، یک پیوند یونی میسازد و میلیاردها یون مثبت و منفی را کنار هم نگه میدارد تا یک شبکهٔ بلوری منظم مانند دانههای نمک تشکیل دهند.
نمک خوراکی و باتری: مثالهایی از دنیای اطراف
شاید فکر کنید این مفاهیم فقط در کتاب شیمی است، اما در زندگی روزمره هم با نتایج این داد و ستد سر و کار داریم.
نمک خوراکی: همانطور که دیدیم، نمک یک ترکیب یونی است که از یونهای سدیم و کلرید تشکیل شده. این یونها در آب از هم جدا میشوند. به همین دلیل آب نمک رسانای جریان برق است. اگر دو سیم باتری را در آب خالص فرو ببرید، چراغ روشن نمیشود، اما با اضافه کردن نمک، چراغ روشن میشود چون یونهای آزاد شده میتوانند بار الکتریکی را حمل کنند.
باتریهای معمولی (باتری قلمی): اساس کار بسیاری از باتریها بر انتقال الکترون (نه لزوماً بین اتمهای منفرد، بلکه بین مواد) است. در یک باتری، یک قطب (آند) تمایل به از دست دادن الکترون دارد و قطب دیگر (کاتد) تمایل به گرفتن الکترون. وقتی دو قطب با یک سیم به هم وصل میشوند، جریان الکترون از آند به کاتد برقرار میشود و لامپ یا دستگاه شما روشن میشود. این یک جریان الکترون در مقیاس بزرگ است که ریشه در همان مفهوم داد و ستد الکترون دارد.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاورقی
1داد و ستد الکترون (Electron Transfer): فرآیند جابجایی یک یا چند الکترون از یک اتم (یا مولکول) به اتم دیگر.
2یون مثبت / کاتیون (Cation): ذرهای باردار که در نتیجهٔ از دست دادن الکترون توسط یک اتم خنثی تشکیل میشود. بار آن مثبت است.
3یون منفی / آنیون (Anion): ذرهای باردار که در نتیجهٔ گرفتن الکترون توسط یک اتم خنثی تشکیل میشود. بار آن منفی است.
4گازهای نجیب (Noble Gases): عناصر گروه هجدهم جدول تناوبی (مانند هلیوم، نئون، آرگون). لایهٔ ظرفیت آنها کامل است و به شدت پایدارند و معمولاً در شرایط عادی با عناصر دیگر واکنش نمیدهند.
5لایهٔ ظرفیت (Valence Shell): آخرین لایهٔ الکترونی یک اتم که الکترونهای آن در تشکیل پیوند شیمیایی نقش دارند.
6پیوند یونی (Ionic Bond): نیروی جاذبهٔ الکترواستاتیکی قوی که بین یونهای با بار مخالف در یک ترکیب یونی وجود دارد.
