شیمی دوازدهم صفحه 84 - با هم بیندیشیم
۱- این شکل یک الگوی ساده از شبکهٔ بلوری فلزها را نشان میدهد که برای توجیه برخی رفتارهای فیزیکی آنها ارائه شده و به مدل دریای الکترونی معروف است.
براساس این مدل، ساختار فلزها آرایش منظمی از کاتیونها در سه بعد است که در فضای میان آنها سستترین الکترونهای موجود در اتم، دریایی را ساختهاند و در آن آزادانه جابهجا میشوند. با این توصیف به پرسشهای زیر پاسخ دهید.
آ) پیشبینی کنید کدام الکترونها (درونی - ظرفیت)، دریای الکترونی را میسازند؟ چرا؟
ب) کدام ویژگی دریای الکترونی سبب میشود که هر الکترون موجود در آن را نتوان تنها متعلق به یک اتم معین دانست؟
پ) دربارهٔ درستی جملهٔ زیر با یکدیگر گفتوگو کنید.
«دریای الکترونی عاملی است که چیدمان کاتیونها را در شبکه بلوری فلز حفظ میکند.»
پاسخ تشریحی و گام به گام شیمی دوازدهم صفحه 84 - با هم بیندیشیم
سلام به شیمیدانهای عزیز! در این بخش با یکی از زیباترین مدلهای ساختاری در علم مواد، یعنی **مدل دریای الکترونی** آشنا میشویم که راز خواص شگفتانگیز فلزات را برملا میکند.
**آ) سازندگان دریای الکترونی:**
الکترونهای **ظرفیت** (بیرونیترین لایه) دریای الکترونی را میسازند.
**دلیل علمی**: اتمهای فلزی به دلیل شعاع اتمی نسبتاً بزرگ و جاذبه کمِ هسته بر لایه ظرفیت، تمایل زیادی به از دست دادن این الکترونها دارند.
این الکترونها به راحتی از اتم جدا شده و در کل شبکه پخش میشوند، در حالی که الکترونهای درونی به شدت توسط هسته نگه داشته شدهاند و جابهجا نمیشوند.
**ب) ویژگی اشتراکی الکترونها:**
ویژگی **نامستقر بودن (غیرمتمرکز بودن)** یا همان قابلیت **جابهجایی آزادانه** الکترونها در سرتاسر شبکه سبب این موضوع میشود.
در واقع، این الکترونها به جای اینکه دور یک هسته خاص بچرخند، به کل شبکه فلزی تعلق دارند و مانند یک «چسب عمومی» تمام کاتیونها را به هم متصل نگه میدارند.
**پ) تحلیل پایداری شبکه:**
این جمله **کاملاً درست** است.
در یک شبکه فلزی، کاتیونها (که بار مثبت دارند) تمایل دارند یکدیگر را دفع کنند.
وجود دریای الکترونی با بار منفی در فضای میان کاتیونها، جاذبههای قدرتمند الکترواستاتیکی ایجاد میکند که بر نیروی دافعه بین کاتیونها غلبه کرده و آنها را در آرایشی منظم و پایدار کنار هم حفظ میکند.
شیمی دوازدهم صفحه 84 - تمرین ۲
۲- با توجه به شکلهای داده شده به پرسشها پاسخ دهید.
(تصویر ۱: چکشخواری فلز و تغییر شکل شبکه کاتیونی بدون شکستن)
(تصویر ۲: عبور جریان الکتریکی و حرکت جهتدار الکترونها)
آ) هر یک از شکلها نشاندهندهٔ کدام رفتار فیزیکی فلز است؟
ب) رفتار فلز را در هر یک از این دو شکل با توجه به الگوی دریای الکترونی توجیه کنید.
پاسخ تشریحی و گام به گام شیمی دوازدهم صفحه 84 - تمرین ۲
بیایید ببینیم چگونه مدل دریای الکترونی میتواند پدیدههای روزمره مثل چکشخواری و رسانایی را توضیح دهد.
**پاسخ بخش آ:**
* **شکل (۱)**: نشاندهنده خاصیت **قابلیت تغییر شکل** یا **چکشخواری** ($Malleability$) فلزات است.
* **شکل (۲)**: نشاندهنده **رسانایی الکتریکی** فلزات در اثر اعمال ولتاژ خارجی است.
**پاسخ بخش ب (توجیه با مدل دریای الکترونی):**
* **توجیه چکشخواری (شکل ۱)**:
وقتی با چکش به فلز ضربه میزنیم، لایههای کاتیونی روی هم میلغزند.
برخلاف ترکیبات یونی که در اثر ضربه میشکنند، در فلزات «دریای الکترونی» مانند یک **روانکننده و چسب منعطف** عمل میکند.
با تغییر مکان کاتیونها، الکترونهای آزاد نیز جابهجا شده و همچنان فضای بین کاتیونها را پر میکنند و مانع از ایجاد دافعه و پاشیدن شبکه میشوند.
* **توجیه رسانایی (شکل ۲)**:
در فلزات، الکترونهای ظرفیت نامستقر هستند و پتانسیل حرکت دارند.
هنگامی که یک میدان الکتریکی (باتری) به فلز متصل میشود، این الکترونهای آزاد همگی در یک **جهت معین** (از قطب منفی به سمت مثبت) شروع به حرکت میکنند و جریان الکتریکی را به راحتی انتقال میدهند.
