ترکیب مولکولی: جهانی از مولکولهای مستقل
مولکول چیست و ترکیب مولکولی چگونه شکل میگیرد؟
همه مواد از ذرات ریزی به نام اتم ساخته شدهاند. وقتی دو یا چند اتم (عمدتاً از نوع نافلز) با یکدیگر پیوند برقرار کنند و یک ذره مستقل را تشکیل دهند، یک مولکول به وجود میآید. حال اگر مادهای فقط از این نوع مولکولها تشکیل شده باشد، به آن یک ترکیب مولکولی میگوییم. نیرویی که اتمها را در یک مولکول کنار هم نگه میدارد، پیوند کووالانسی2 نام دارد. در این پیوند، اتمها الکترونهای خود را به اشتراک میگذارند تا به آرایش الکترونی پایدار برسند.
مثلاً مولکول آب ($H_2O$) از پیوند دو اتم هیدروژن (H) با یک اتم اکسیژن (O) ایجاد میشود. میلیاردها مولکول آب در کنار هم، یک قطره آب را میسازند. هر مولکول آب مستقل است، اما بین آنها نیروهای ضعیفتری به نام پیوند هیدروژنی وجود دارد.
ویژگیها و خواص فیزیکی ترکیبات مولکولی
ترکیبات مولکولی به دلیل ساختار مستقل مولکولهایشان، خواص فیزیکی متمایزی دارند. این خواص به نیروهای بین مولکولی (که ضعیفتر از پیوندهای درون مولکولی کووالانسی هستند) بستگی زیادی دارد.
| خاصیت | توضیح | مثال |
|---|---|---|
| نقطه ذوب و جوش | معمولاً پایین است. چون برای ذوب یا جوشیدن تنها لازم است نیروهای ضعیف بین مولکولی شکسته شوند، نه پیوندهای قوی کووالانسی درون مولکولی. | آب در 100°C میجوشد. شکر در دمای نسبتاً پایین ذوب میشود. |
| رسانایی الکتریکی | در حالت جامد و مایع رسانای برق نیستند زیرا حاوی یونهای آزاد یا الکترونهای متحرک نیستند. | شکر و اتانول3 محلول در آب، محلول را رسانا نمیکنند. |
| حالت فیزیکی در دما و فشار اتاق | میتوانند گاز، مایع یا جامد باشند. این به جرم مولکولی و قدرت نیروهای بین مولکولی بستگی دارد. | اکسیژن (O₂) گاز، آب مایع، و گلوکز4 جامد است. |
| حلالیت | بسیاری از آنها در حلالهای غیرقطبی5 (مثل بنزین) حل میشوند. برخی مانند شکر و اتانول در آب (حلال قطبی) نیز حل میشوند. | روغن (ترکیب مولکولی) در آب حل نمیشود اما در بنزین حل میشود. |
نامگذاری: چگونه به ترکیبات مولکولی نام میدهیم؟
برای نامیدن ترکیبات مولکولی ساده (که معمولاً از دو نافلز مختلف تشکیل شدهاند)، از پیشوندهای عددی یونانی برای نشان دادن تعداد اتم هر عنصر استفاده میکنیم. قاعده کلی این است: نام عنصر سمت راست (کمالکترونگاتیوتر) به صورت تغییر یافته و با پسوند «-ید» میآید و نام عنصر سمت چپ (الکترونگاتیوتر) با پیشوند عددی ذکر میشود.
پیشوندهای عددی: ۱= مونو (معمولاً حذف میشود)، ۲= دی، ۳= تری، ۴= تترا، ۵= پنتا، ۶= هگزا.
مثال: $CO$ : مونوکسید کربن، $CO_2$ : دیاکسید کربن، $N_2O_4$ : دینیتروژن تترااکسید، $PCl_3$ : فسفر تریکلرید.
برای ترکیباتی مانند آب ($H_2O$) یا آمونیاک ($NH_3$) که نام رایج دارند، از همان نامهای رایج استفاده میکنیم.
ترکیبات مولکولی در زندگی روزمره و صنعت
این ترکیبات در اطراف ما فراوانند و نقش حیاتی در زندگی و تکنولوژی بازی میکنند. هوایی که تنفس میکنیم عمدتاً از گازهای مولکولی نیتروژن ($N_2$) و اکسیژن ($O_2$) تشکیل شده است. سوخت اصلی خودروها، بنزین، مخلوطی از ترکیبات مولکولی هیدروکربنی است. وقتی غذا میپزیم، بسیاری از تغییرات شیمیایی مانند کاراملیزه شدن شکر (ترکیب مولکولی ساکارز6) مربوط به این دسته از مواد است.
در صنعت، از گاز استیلن ($C_2H_2$) برای جوشکاری با دمای بالا استفاده میشود. پلاستیکها نیز پلیمرهایی هستند که از زنجیرههای طولانی مولکولهای کوچک (مونومر) ساخته شدهاند. حتی DNA، ماده ژنتیکی بدن ما، یک مولکول غولپیکر است که از واحدهای کوچکتری تشکیل شده است.
تفاوت ترکیب مولکولی با سایر انواع مواد
برای درک بهتر ترکیبات مولکولی، مقایسه آن با دو دسته مهم دیگر از مواد مفید است: ترکیبات یونی و عناصر فلزی.
| ویژگی | ترکیب مولکولی | ترکیب یونی (مانند نمک خوراکی) |
|---|---|---|
| اجزای تشکیلدهنده | اتمهای نافلز (پیوند کووالانسی) | یونهای فلز و نافلز (پیوند یونی) |
| واحد ساختمانی | مولکول مجزا | شبکه/بلور یونی (ذرات مجزا نیستند) |
| نقطه ذوب و جوش | معمولاً پایین | بسیار بالا |
| رسانایی در حالت جامد | نا رسانا | نا رسانا (اما محلول آبی آن رساناست) |
| حالت فیزیکی متداول | گاز، مایع یا جامد نرم | جامد بلوری سخت و شکننده |
سوالات متداول و اشتباهات رایج
پاسخ: خیر. مولکول واحدی است که از اتمها تشکیل میشود. اما «ترکیب مولکولی» به مادهای اطلاق میشود که فقط از مولکولهایی با ترکیب یکسان تشکیل شده باشد. مثلاً گاز اکسیژن ($O_2$) یک عنصر مولکولی است، نه ترکیب مولکولی، زیرا فقط از یک نوع اتم تشکیل شده. آب ($H_2O$) یک ترکیب مولکولی است زیرا از دو نوع اتم مختلف (هیدروژن و اکسیژن) تشکیل شده.
پاسخ: این به قطبیت7 مولکولها مربوط میشود. مولکول آب قطبی است. شکر نیز مولکولهای قطبی دارد، بنابراین بین آنها و مولکولهای آب نیروی جاذبه قوی برقرار شده و حل میشود. اما مولکولهای روغن غیرقطبی هستند و نیروی جاذبه قوی با آب ندارند، در نتیجه در آن حل نمیشوند. این مفهوم را با عبارت «شبیه، شبیه را حل میکند» به خاطر میسپارند.
پاسخ: لزوماً نه. این ویژگیها به ساختار و نیروهای بین مولکولی بستگی دارد. الماس که یک شبکه غولآسا از اتمهای کربن با پیوند کووالانسی است، سختترین ماده طبیعی شناخته شده است اما رسانای جریان برق نیست (به جز در موارد خاص). گرافیت (مغز مداد) نیز کربن خالص است اما به دلیل ساختار لایهای متفاوت، نرم و تا حدی رساناست.
پاورقی
1 ترکیب مولکولی (Molecular Compound).
2 پیوند کووالانسی (Covalent Bond).
3 اتانول (Ethanol) یا الکل اتیلیک، فرمول شیمیایی $C_2H_5OH$.
4 گلوکز (Glucose)، یک قند ساده با فرمول $C_6H_{12}O_6$.
5 حلال غیرقطبی (Nonpolar Solvent): حلالی که مولکولهای آن توزیع بار الکتریکی یکنواختی دارند.
6 ساکارز (Sucrose)، نام شیمیایی شکر معمولی.
7 قطبیت (Polarity): ویژگی مولکولی که در آن توزیع بار الکتریکی نامتقارن است و یک سر مولکول کمی مثبت و سر دیگر کمی منفی میشود.
