|
شیمی دوازدهم صفحه ۸۳ - خود را بیازمایید - تمرین ۱
۱- در هر مورد با خط زدن واژه نادرست، هر یک از عبارتهای زیر را کامل کنید.
آ) آنتالپی فروپاشی، گرمای آزاد/مصرف شده در فشار ثابت برای فروپاشی یک مول/گرم از شبکه یونی و تبدیل آن به اتمهای/یونهای گازی سازنده است.
ب) هر چه بار/چگالی بار یونهای سازندهٔ یک جامد یونی کمتر باشد، شبکهٔ آن آسانتر/دشوارتر فروپاشیده میشود.
پاسخ تشریحی و گام به گام شیمی دوازدهم صفحه ۸۳ - خود را بیازمایید - تمرین ۱
سلام به دوستان عزیز! برای پاسخ به این سوال باید ابتدا مفهوم **آنتالپی فروپاشی شبکه** را به خوبی درک کنیم.
عبارتهای صحیح به شرح زیر است:
**بخش آ:**
«آنتالپی فروپاشی، گرمای **مصرف شده** در فشار ثابت برای فروپاشی یک **مول** از شبکه یونی و تبدیل آن به **یونهای** گازی سازنده است.»
**توضیح مفهومی:**
چون برای شکستن جاذبههای قوی بین یونها در شبکه بلور باید به آن انرژی بدهیم، پس این فرآیند **گرماگیر** است و کلمه «مصرف شده» درست میباشد.
همچنین طبق تعریف علمی، مقیاس ما برای این کمیت همیشه «یک مول» از ماده است و خروجی آن نیز یونهای مجزا در حالت گازی هستند.
**بخش ب:**
«هر چه **چگالی بار** یونهای سازندهٔ یک جامد یونی کمتر باشد، شبکهٔ آن **آسانتر** فروپاشیده میشود.»
**توضیح معلمانه:**
چگالی بار نشاندهنده میزان تمرکز بار الکتریکی در یک فضای مشخص است.
وقتی چگالی بار یونها کم باشد (یعنی بار کم یا شعاع بزرگی داشته باشند)، نیروی جاذبه بین آنها ضعیفتر شده و در نتیجه شبکه با صرف انرژی کمتری و به راحتی از هم میپاشد.
شیمی دوازدهم صفحه ۸۳ - تمرین ۲
۲- با توجه به دادههای متن درس پیشبینی کنید کدام آنتالپی فروپاشی شبکه را میتوان به $KCl(s)$ نسبت داد؟ چرا؟
$۷۱۷\,kJ \cdot mol^{-1}$ ، $۶۴۹$ یا $۱۰۳۷$
پاسخ تشریحی و گام به گام شیمی دوازدهم صفحه ۸۳ - تمرین ۲
برای حل این مسئله باید از مقایسه **شعاع یونها** و تأثیر آن بر **آنتالپی فروپاشی** استفاده کنیم.
آنتالپی فروپاشی مناسب برای **$KCl$** برابر با **$۶۴۹\,kJ \cdot mol^{-1}$** است.
**دلیل علمی:**
بیایید $KCl$ را با نمکی مثل $NaCl$ مقایسه کنیم.
میدانیم که یون پتاسیم ($K^+$) در جدول تناوبی پایینتر از یون سدیم ($Na^+$) قرار دارد، بنابراین **شعاع** بزرگتری دارد.
با افزایش شعاع یون (در حالی که بار ثابت است)، چگالی بار کاهش یافته و نیروی جاذبه بین کاتیون و آنیون ضعیفتر میشود.
در نتیجه، آنتالپی فروپاشی $KCl$ باید از آنتالپی فروپاشی $NaCl$ (که حدود $۷۸۷$ است) **کمتر** باشد.
بین گزینههای داده شده، عدد $۶۴۹$ تنها عددی است که از $NaCl$ کمتر بوده و با روند شعاع کاتیونها همخوانی دارد.
شیمی دوازدهم صفحه ۸۳ - تمرین ۳
۳- با توجه به نمودار زیر به پرسشها پاسخ دهید.
(نمودار آنتالپی فروپاشی شبکه برحسب تغییر کاتیونهای $Li^+$, $Na^+$, $K^+$ و آنیونهای $F^-$, $Cl^-$, $Br^-$)
آ) با افزایش شعاع کاتیون فلزهای قلیایی، آنتالپی فروپاشی شبکه چه تغییری میکند؟ توضیح دهید.
ب) با افزایش شعاع آنیون هالید، آنتالپی فروپاشی شبکه چه تغییری میکند؟ توضیح دهید.
پاسخ تشریحی و گام به گام شیمی دوازدهم صفحه ۸۳ - تمرین ۳
این نمودار به زیبایی رابطه معکوس بین اندازه اتمها و استحکام شبکه را نشان میدهد.
**پاسخ بخش آ:**
با افزایش شعاع کاتیون (حرکت از $Li^+$ به سمت $K^+$)، آنتالپی فروپاشی شبکه **کاهش** مییابد.
**علت**: طبق قانون کولن، نیروی جاذبه با فاصله بین مراکز یونها رابطه معکوس دارد.
وقتی کاتیون بزرگتر میشود، فاصله بین هسته کاتیون و آنیون بیشتر شده، جاذبه ضعیف میگردد و برای فروپاشی شبکه به انرژی کمتری نیاز خواهد بود.
**پاسخ بخش ب:**
با افزایش شعاع آنیون (حرکت از $F^-$ به سمت $Br^-$)، آنتالپی فروپاشی شبکه باز هم **کاهش** مییابد.
**علت**: دقیقاً مشابه کاتیونها، بزرگ شدن شعاع آنیون باعث افزایش فاصله میان یونهای مثبت و منفی در کل شبکه میشود.
این افزایش فاصله، چگالی بار را کم کرده و منجر به سست شدن پیوند یونی و پایین آمدن آنتالپی فروپاشی میگردد.
شیمی دوازدهم صفحه ۸۳ - تمرین ۴
۴- با توجه به جدول زیر که آنتالپی فروپاشی شبکه را برای برخی ترکیبهای یونی نشان میدهد، به پرسشها پاسخ دهید.
| کاتیون / آنیون | $F^-$ | $O^{2-}$ |
| :--- | :---: | :---: |
| $Na^+$ | ۹۲۶ | ۲۴۸۸ |
| $Mg^{2+}$ | ۲۹۶۵ | ۳۷۹۸ |
آ) درباره درستی جمله زیر گفتوگو کنید.
«آنتالپی فروپاشی شبکه هم با بار الکتریکی کاتیون و هم با بار الکتریکی آنیون، رابطهٔ مستقیم دارد.»
ب) آیا میتوان میان آنتالپی فروپاشی شبکه و نقطه ذوب جامدهای یونی رابطهای در نظر گرفت؟ توضیح دهید.
پاسخ تشریحی و گام به گام شیمی دوازدهم صفحه ۸۳ - تمرین ۴
در این بخش تأثیر «مقدار بار» را بر پایداری شبکه بررسی میکنیم که بسیار تعیینکنندهتر از شعاع است.
**پاسخ بخش آ:**
این جمله **کاملاً درست** است.
با نگاه به جدول میبینیم که با ثابت ماندن آنیون (مثلاً $F^-$)، وقتی بار کاتیون از +۱ ($Na^+$) به +۲ ($Mg^{2+}$) افزایش مییابد، آنتالپی فروپاشی از ۹۲۶ به ۲۹۶۵ جهش میکند.
همچنین با ثابت ماندن کاتیون، افزایش بار آنیون از -۱ به -۲ باعث افزایش چشمگیر آنتالپی میشود (مثلاً از ۹۲۶ به ۲۴۸۸).
پس نتیجه میگیریم بار یونها با قدرت جاذبه و آنتالپی فروپاشی **رابطه مستقیم** دارد.
**پاسخ بخش ب:**
**بله**، معمولاً رابطهای مستقیم بین این دو وجود دارد.
هرچه آنتالپی فروپاشی شبکه بیشتر باشد، یعنی پیوندهای یونی قویتر هستند.
برای ذوب کردن چنین جامدی و تبدیل آن از حالت منظم بلوری به حالت مایع، باید بر این جاذبههای قوی غلبه کرد که به دمای بسیار بالاتری نیاز دارد.
بنابراین نمکهایی با آنتالپی فروپاشی بالا (مثل $MgO$) **نقطه ذوب** بسیار بالاتری نسبت به نمکهای ضعیفتر (مثل $NaCl$) دارند.
[Image representing the lattice energy and melting point correlation]
