درسنامه آموزشی شیمی (1) کلاس دهم رشته ریاضی و تجربی
فصل سوم: رفتار آب و دیگر مولکولها در میدان الکتریکی
آب تنها مادهای است که به هر سه حالت جامد، مایع و گاز (بخار) در طبیعت یافت میشود. وجود و تبدیل این حالتها به یکدیگر زندگی را در سیارۀ آبی ممکن و دلپذیر ساخته است. آب ویژگیهای گوناگون و شگفتانگیزی دارد. از جملۀ آنها توانایی حل کردن اغلب مواد، افزایش حجم هنگام انجماد و داشتن نقطۀ جوش بالا و غیر عادی است. اما دلیل این ویژگیها چیست و چه اثری بر زندگی موجودات زنده دارد؟ برای پاسخ به این پرسشها، بررسی ساختار مولکولی آب ضروری به نظر میرسد.
در درس علوم با آزمایش انحراف باریکۀ آب به وسیلۀ شانه یا میلۀ شیشهای مالش داده شده به موهای خشک آشنا شدید (شکل 14)؛ آزمایشی که در آن باریکۀ آب از راستای طبیعی خود منحرف میشود. آیا دلیل این انحراف را به یاد دارید؟ میلۀ شیشهای از لحاظ بار الکتریکی خنثی است، اما بر اثر مالش به موی خشک، دارای بار الکتریکی منفی خواهد شد. در این شرایط مولکولهای آب به سوی آن جذب میشوند (چرا؟).
این رفتار مولکولهای آب از ویژگیهای ساختاری آن سرچشمه میگیرد. شکل مولکول آب خمیده (V شکل) بوده و در آن، هر اتم هیدروژن با یک پیوند اشتراکی یگانه به اتم مرکزی (اکسیژن) متصل است.
نوع اتمهای سازنده و ساختار خمیدۀ مولکول آب، نقش تعیین کنندهای در خواص آن دارد. هنگامی که این مولکولها در یک میدان الکتریکی قرار میگیرند، جهت گیری میکنند (شکل 15).
نحوۀ جهتگیری مولکولهای آب در میدان الکتریکی نشان میدهد که اتم اکسیژن، سَرِ منفی و اتمهای هیدروژن، سرِ مثبت مولکول را تشکیل میدهند. شیمیدانها به مولکولهایی مانند آب که در میدان الکتریکی جهتگیری میکنند، مولکولهای دوقطبی یا قطبی میگویند. این درحالی است مولکولهای سازندۀ ترکیبهایی مانند گاز اکسیژن $({{O}_{2}})$، کربن دی اکسید $(C{{O}_{2}})$ و متان $(C{{H}_{4}})$ در میدان الکتریکی جهتگیری نمیکنند (شکل 16). چنین مولکولهایی ناقطبی نامیده میشوند.
با هم بیندیشیم (صفحهٔ 104 کتاب درسی)
1- شکل زیر مولکولهای $({{F}_{2}})$ و $HCl$ با جرم مولی نزدیک به یکدیگر را در یک میدان الکتریکی نشان میدهد.
آ) کدام یک دارای مولکولهای قطبی است؟ چرا؟
$HCl$ - چون در میدان الکتریکی جهت گیری کرده است.
ب) اگر نقطۀ جوش $({{F}_{2}})$ و $HCl$ به ترتیب برابر با $-188{}^\circ C$ و $-85{}^\circ C$ باشد، نیروهای بین مولکولی در کدام یک قویتر است؟ توضیح دهید.
$HCl$ - چون قطبی است و هر چه نقطه جوش بالاتر باشد نیروی جاذبه بین مولکولی قویتر است.
پ) جملۀ زیر را با خط زدن واژههای نادرست کامل کنید.
در مواد مولکولی با جرم مولی (مشابه / متفاوت)، ماده با مولکولهای، نقطۀ جوش (قطبی/ ناقطبی)، بالاتری دارد.
2- جرم مولی گازهای نیتروژن $({{N}_{2}})$ وکربن مونوکسید $(CO)$ برابر است، بر این اساس:
آ) پیش بینی کنید مولکولهای دو اتمی کدام گاز در میدان الکتریکی جهت گیری میکنند؟ چرا؟
$CO$ - چون یک مولکول دو اتمی ناجور هسته است و قطبی می باشد.
ب) کدام یک در شرایط یکسان آسانتر به مایع تبدیل میشود؟ توضیح دهید.
$CO$ - هرچه نیروهای جاذبه بین مولکولی قویتر باشد گازآسانترمایع میشود و $CO$ یک مولکول قطبی است.
خود را بیازمایید (صفحهٔ 105 کتاب درسی)
با توجه به جدول زیر به پرسشها پاسخ دهید.
| ویژگی/ ماده | $C{{l}^{2}}$ | $B{{r}^{2}}$ | ${{l}^{2}}$ |
|---|---|---|---|
| حالت فیزیکی ($25^\circ {\text{C}}$) | گاز | مایع | جامد |
| مولی جرم (${\text{g/}}{{\text{mol}}^{ - 1}}$) | 71 | 160 | 254 |
آ) آیا مولکولهای سازندۀ این مواد در میدان الکتریکی جهت گیری میکنند؟ چرا؟
خیر- چون مولکول دو اتمی جور هسته و ناقطبی هستند و جهت گیری نمیکنند.
ب) نیروهای بین مولکولی در کدام یک قویتر است؟ توضیح دهید.
- ${{l}^{2}}$ چون جرم مولی آن بیشتر است. ${{I}_{2}}>B{{r}_{2}}>C{{l}_{2}}$
پ) جملۀ زیر را با خط زدن واژههای نادرست، کامل کنید.
در مواد مولکولی با مولکولهای ناقطبی، با (افزایش/ کاهش) جرم مولی، دمای جوش (کاهش/ افزایش) مییابد.