حل تمرین دوره ای فصل سوم شیمی دوازدهم

پاسخ تشریحی و گام به گام تمرین دوره ای فصل سوم شیمی دوازدهم - تمرین ۱ سلام به شیمی‌دان‌های عزیز! برای پاسخ به این سوال باید به نوع پیوندها و ساختار شبکه عناصر در جدول تناوبی دقت کنیم. **آ) عنصرهای مواد مولکولی:** عنصرهایی که به صورت مولکول‌های مجزا (دواتمی یا چنداتمی) در طبیعت یافت می‌شوند، در گروه‌های **۱۴ (کربن به شکل فولرن)، ۱۵ (نیتروژن و فسفر)، ۱۶ (اکسیژن و گوگرد)، ۱۷ (هالوژن‌ها)** و همچنین **گروه ۱۸ (گازهای نجیب)** قرار دارند. نکته آموزشی: در این گروه ها، اتم ها با پیوند اشتراکی واحدهای مستقلی به نام مولکول می سازند که توسط نیروهای بین مولکولی ضعیف کنار هم قرار می گیرند. **ب) عنصرهای مواد کووالانسی:** در میان ۳۶ عنصر نخست، اصلی‌ترین عنصری که شبکه غول‌آسای کووالانسی تشکیل می‌دهد، **کربن (گروه ۱۴)** در دگرشکل‌های الماس و گرافیت است. همچنین **سیلیسیم (گروه ۱۴)** نیز ساختاری مشابه الماس دارد و جزو جامدات کووالانسی محسوب می‌شود. **پ) دسته‌های تمام فلز:** عنصرهای **دسته d** (فلزات واسطه) و **دسته s** (به جز هیدروژن و هلیوم) همگی فلز هستند. با توجه به صورت سوال که ۳۶ عنصر نخست را مد نظر دارد، تمام عناصر موجود در بلوک d (از عدد اتمی ۲۱ تا ۳۰) فلز به شمار می‌روند.

پاسخ تشریحی و گام به گام تمرین دوره ای فصل سوم شیمی دوازدهم - تمرین ۲ سیلیسیم کاربید یکی از سخت‌ترین مواد صنعتی است که در اینجا ساختار آن را تحلیل می‌کنیم. **آ) دسته‌بندی ماده:** این ترکیب در دسته **جامدات کووالانسی** جای می‌گیرد. **دلیل**: چون از دو نافلز ($Si$ و $C$) تشکیل شده که هر دو تمایل بالایی به تشکیل پیوندهای اشتراکی شبکه ای دارند. در این ماده، اتم‌ها به جای تشکیل مولکول‌های مجزا، یک شبکه سه‌بعدی به هم پیوسته از پیوندهای کووالانسی قوی ایجاد می‌کنند. **ب) پیش‌بینی سختی:** ترتیب سختی به صورت **الماس > سیلیسیم کاربید > سیلیسیم** پیش‌بینی می‌شود. **توضیح مفهومی**: سختی جامدات کووالانسی به طول پیوند و انرژی پیوند بستگی دارد. چون شعاع اتمی کربن کمتر از سیلیسیم است، پیوند $C-C$ در الماس از همه کوتاه‌تر و قوی‌تر است. در $SiC$ پیوند میان اتم‌ها از پیوند $Si-Si$ در سیلیسیم خالص قوی‌تر و کوتاه‌تر است، بنابراین سختی آن بین الماس و سیلیسیم قرار می‌گیرد.

پاسخ تشریحی و گام به گام تمرین دوره ای فصل سوم شیمی دوازدهم - تمرین ۳ ترکیبات یونی ویژگی‌های منحصر به فردی دارند که مستقیماً به شبکه بلور آن‌ها مربوط می‌شود. **توصیف بخش آ (رسانایی الکتریکی):** این آزمایش نشان می‌دهد که ترکیبات یونی در حالت **جامد** عایق هستند، اما در حالت **مذاب** و **محلول** جریان برق را عبور می‌دهند. * **دلیل**: در حالت جامد، یون‌ها در مکان‌های ثابت شبکه قفل شده‌اند و امکان جابه‌جایی ندارند. * اما با ذوب کردن یا حل کردن در آب، شبکه فروپاشیده و یون‌ها **آزادانه** حرکت می‌کنند. حرکت این ذرات باردار باعث انتقال جریان الکتریسیته و روشن شدن لامپ می‌شود. **توصیف بخش ب (شکنندگی):** این تصویر نشان‌دهنده **شکنندگی** بسیار زیاد ترکیبات یونی در اثر ضربه است. * **دلیل**: در شبکه بلور، یون‌های مثبت و منفی به صورت یک‌درمیان کنار هم چیده شده‌اند. وقتی ضربه‌ای به بلور وارد می‌شود، لایه‌های یون جابه‌جا شده و یون‌های با **بار همنام** (مثلاً مثبت کنار مثبت) در مقابل هم قرار می‌گیرند. نیروی دافعه شدید بین بارهای همنام باعث می‌شود که لایه‌ها به شدت از هم دور شده و بلور متلاشی شود.

پاسخ تشریحی و گام به گام تمرین دوره ای فصل سوم شیمی دوازدهم - تمرین ۴ بیایید دلایل علمی این پدیده‌ها را با هم بررسی کنیم: **دلیل آ:** شمار مواد کووالانسی بسیار محدود است زیرا تنها اتم‌های خاصی (مثل کربن و سیلیسیم) قادر به تشکیل شبکه‌های عظیم سه‌بعدی پایدار هستند. اما مواد مولکولی از اتصال تعداد کمی اتم با تنوع بسیار بالا ساخته می‌شوند. به ویژه در **شیمی آلی**، اتم‌های کربن می‌توانند به هزاران روش مختلف با هیدروژن، اکسیژن و نیتروژن ترکیب شده و میلیون‌ها مولکول متفاوت با خواص گوناگون بسازند. **دلیل ب:** در مواد مولکولی، ذرات سازنده (مولکول‌ها) با نیروهای بین‌مولکولی **ضعیف** (مثل واندروالس یا پیوند هیدروژنی) کنار هم هستند که در دمای اتاق به راحتی غلبه بر آن‌ها ممکن است. اما در مواد یونی، فلزی یا کووالانسی، ذرات با پیوندهای بسیار قوی در یک شبکه مستحکم قرار دارند که نقطه ذوب آن‌ها را بسیار بالا می‌برد. بنابراین هر ماده‌ای که در دمای اتاق مایع (یا گاز) باشد، حتماً ساختار مولکولی دارد. **دلیل پ:** واکنش‌پذیری فلزات به سهولت از دست دادن الکترون بستگی دارد. * **پتاسیم ($K$)** در گروه ۱ است و با از دست دادن تنها ۱ الکترون به آرایش گاز نجیب می‌رسد، پس بسیار فعال است. * **کلسیم ($Ca$)** در گروه ۲ است و باید ۲ الکترون از دست بدهد که انرژی بیشتری می‌طلبد. * **تیتانیوم ($Ti$)** یک فلز واسطه است که الکترون‌های آن تحت جاذبه قوی‌تر هسته هستند و تمایل کمتری به از دست دادن الکترون و شرکت در واکنش نشان می‌دهد.

پاسخ تشریحی و گام به گام تمرین دوره ای فصل سوم شیمی دوازدهم - تمرین ۵ برای کامل کردن این ساختارها باید قاعده هشت‌تایی (اکتت) را رعایت کنیم. **گام آ: تعیین بار الکتریکی** در این مدل‌های ساده (که همگی با پیوند یگانه رسم شده‌اند): * **یون سیلیکات**: دارای ۴ اکسیژن اطراف $Si$ است. بار کل آن **$4-$** می‌باشد ($SiO_4^{4-}$). * **یون فسفات**: اتم مرکزی $P$ است. بار کل آن **$3-$** می‌باشد ($PO_4^{3-}$). * **یون سولفات**: اتم مرکزی $S$ است. بار کل آن **$2-$** می‌باشد ($SO_4^{2-}$). (در هر مورد اتم‌های اکسیژن دارای ۳ جفت الکترون ناپیوندی هستند). **گام ب: نوشتن فرمول نمک‌ها** با استفاده از روش ضربدری بارها، فرمول‌ها به صورت زیر است: ۱- **با یون سدیم ($Na^+$):** * سدیم سیلیکات: $Na_4SiO_4$ * سدیم فسفات: $Na_3PO_4$ * سدیم سولفات: $Na_2SO_4$ ۲- **با یون کلسیم ($Ca^{2+}$):** * کلسیم سیلیکات: $Ca_2SiO_4$ * کلسیم فسفات: $Ca_3(PO_4)_2$ * کلسیم سولفات: $CaSO_4$

پاسخ تشریحی و گام به گام تمرین دوره ای فصل سوم شیمی دوازدهم - تمرین ۶ نقشه پتانسیل به ما در تشخیص قطبیت مولکول کمک می‌کند. **آ) جهت‌گیری در میدان الکتریکی:** مولکول **پروپان** در میدان الکتریکی جهت‌گیری نمی‌کند. **دلیل**: با توجه به نقشه پتانسیل، توزیع چگالی بار در آن کاملاً **یکواخت و متقارن** است (رنگ‌ها مشابه هستند). این مولکول **ناقطبی** است و گشتاور دو قطبی آن صفر می‌باشد، بنابراین تحت تأثیر میدان قرار نمی‌گیرد. در مقابل، دی‌متیل‌اتر به دلیل وجود اتم اکسیژن (ناحیه قرمز رنگ) قطبی است. **ب) سهولت تبدیل به مایع:** **دی‌متیل‌اتر** آسان‌تر به مایع تبدیل می‌شود. **دلیل**: چون هر دو جرم مولی نزدیکی دارند، نیروهای لاندن در آن‌ها مشابه است. اما دی‌متیل‌اتر علاوه بر نیروهای لاندن، دارای **نیروهای دوقطبی-دوقطبی** (به دلیل قطبی بودن) نیز هست. قوی‌تر بودن کل نیروهای بین‌مولکولی باعث می‌شود مولکول‌ها راحت‌تر کنار هم جمع شده و در دمای بالاتری نسبت به پروپان مایع شوند.

پاسخ تشریحی و گام به گام تمرین دوره ای فصل سوم شیمی دوازدهم - تمرین ۷ این نمودار درختی، نقشه راه شناسایی انواع جامدات است. بیایید خانه‌های خالی را پر کنیم: ۱. **آیا در حالت مایع رسانا است؟** * **خیر**: وارد مسیر سمت راست می‌شویم. * **آیا در حالت جامد سخت است؟** * **بله**: این توصیف **جامد کووالانسی** است. (مثال: **الماس** یا **سیلیس**) * **خیر**: این توصیف **جامد مولکولی** است. (مثال: **یخ** یا **ید**) ۲. **آیا در حالت مایع رسانا است؟** * **بله**: وارد مسیر سمت چپ می‌شویم. * **آیا در حالت جامد شکننده است؟** * **بله**: این توصیف **جامد یونی** است. (مثال: **نمک طعام - $NaCl$**) * **خیر**: این توصیف **جامد فلزی** است. (مثال: **آهن** یا **طلا**) این دسته‌بندی به ما کمک می‌کند تا با انجام چند آزمایش فیزیکی ساده، به نوع پیوندهای درونی یک ماده ناشناخته پی ببریم.