جواب با هم بیاندیشیم صفحه 57 شیمی دهم

پاسخ و توضیح تمرین 1 با هم بیندیشیم صفحه 57 شیمی دهم این بخش در مورد کشف روشی گام‌به‌گام برای رسم **ساختار لوییس (آرایش الکترون-نقطه‌ای)** مولکول‌های کووالانسی است. هدف اصلی لوییس، نشان دادن چگونگی به اشتراک‌گذاری الکترون‌ها برای رسیدن اتم‌ها به **آرایش پایدار گاز نجیب** ($athbf{\text{هشتایی}}$) است. 💡 --- ## گام اول: تعیین کل الکترون‌های ظرفیت نخستین گام در رسم ساختار لوییس، شمارش **تمام الکترون‌های ظرفیت** موجود در اتم‌های سازنده‌ی مولکول است. این الکترون‌ها، تنها الکترون‌هایی هستند که در پیوندهای شیمیایی یا به صورت ناپیوندی شرکت می‌کنند. **روش کار:** 1. **شناسایی اتم‌ها:** تعداد و نوع اتم‌های موجود در مولکول را مشخص کنید. 2. **تعیین الکترون ظرفیت هر اتم:** با استفاده از **شماره گروه** در جدول تناوبی، تعداد الکترون‌های لایه‌ی ظرفیت هر اتم را تعیین کنید. 3. **جمع زدن:** تعداد الکترون‌های ظرفیت هر اتم را در تعداد اتم‌های آن نوع ضرب کرده، و سپس مجموع کل الکترون‌های ظرفیت همه اتم‌ها را محاسبه کنید. **مثال: کربن دی‌اکسید ($athbf{CO_2}$)** * $\mathbf{C}$ (گروه 14): $\mathbf{4}$ الکترون ظرفیت. * $\mathbf{O}$ (گروه 16): $\mathbf{6}$ الکترون ظرفیت. * **شمار کل الکترون‌های ظرفیت:** $\mathbf{1} \times 4 + \mathbf{2} \times 6 = 4 + 12 = \mathbf{16 \text{ الکترون}}$ این $athbf{16}$ الکترون، همان‌هایی هستند که در ساختار لوییس $athbf{CO_2}$ به صورت پیوندی (پیوندهای دوگانه) و ناپیوندی (روی اتم‌های اکسیژن) نمایش داده می‌شوند.

پاسخ و توضیح تمرین 2 تمرین با هم بیندیشیم شیمی دهم صفحه 57 این بخش، گام دوم در فرآیند رسم ساختار لوییس را نشان می‌دهد: **ترسیم چارچوب اتم‌ها و پیوندهای اولیه**. --- ## گام دوم: ترسیم ساختارهای ممکن و پیوندهای اولیه بعد از تعیین تعداد کل الکترون‌های ظرفیت، باید اتم‌ها را به گونه‌ای در کنار هم قرار دهیم که ساختار مولکول را نشان دهد و سپس پیوندهای کووالانسی (اشتراکی) را بین اتم‌ها رسم کنیم. هر پیوند کووالانسی (خط) نشان‌دهنده‌ی $\mathbf{2 \text{ الکترون}}$ است. **ساختارهای ممکن کربن دی‌اکسید ($athbf{CO_2}$):** از آنجایی که $athbf{C}$ و $athbf{O}$ هر دو می‌توانند $2$، $3$ یا $4$ پیوند تشکیل دهند، چندین حالت برای اتصال آن‌ها وجود دارد: 1. **پیوند دوگانه-دوگانه:** $\mathbf{O = C = O}$ (کربن $4$ پیوند، هر اکسیژن $2$ پیوند) 2. **پیوند سه‌گانه-یگانه:** $\mathbf{O \equiv C - O}$ (کربن $4$ پیوند، یک $\mathbf{O}$ سه پیوند، دیگری یک پیوند) 3. **پیوند دوگانه-یگانه:** $\mathbf{O = C - O}$ (کربن $3$ پیوند، یک $\mathbf{O}$ دو پیوند، دیگری یک پیوند) 4. **پیوند یگانه-یگانه:** $\mathbf{O - C - O}$ (کربن $2$ پیوند، هر $\mathbf{O}$ یک پیوند) **توضیح:** این مرحله با هدف **وصل کردن اتم‌ها به اتم مرکزی** آغاز می‌شود. اتمی که $\mathbf{\text{نیاز به پیوند بیشتری}}$ دارد یا $\mathbf{\text{الکترونگاتیوی کمتری}}$ دارد (به جز $\mathbf{H}$)، به عنوان **اتم مرکزی** انتخاب می‌شود (در اینجا $athbf{C}$). سپس، پیوندهای یگانه بین اتم مرکزی و اتم‌های جانبی رسم می‌شود. اگر الکترون باقی ماند، پیوندهای دوگانه یا سه‌گانه تشکیل می‌شود. این ساختارهای ممکن، در نهایت باید توسط **قاعده‌ی هشتایی** و $athbf{\text{بار رسمی}}$ بررسی شوند تا ساختار درست انتخاب شود.

پاسخ و توضیح تمرین 3 تمرین با هم بیندیشیم شیمی دهم صفحه 57 این بخش در مورد گام سوم و نهایی در فرآیند رسم ساختار لوییس است: **توزیع الکترون‌های ناپیوندی** برای ارضای **قاعده‌ی هشتایی** و نهایی شدن ساختار. 🔗 --- ## گام سوم: توزیع الکترون‌های ناپیوندی (تکمیل هشتایی) هدف اصلی این گام، اطمینان از این است که **تمام اتم‌های نافلزی** در ساختار (به جز $\mathbf{H}$ که با $2$ الکترون پایدار می‌شود) به $\mathbf{\text{هشت الکترون}}$ (مجموع الکترون‌های به اشتراک گذاشته شده و ناپیوندی) دست یافته باشند. **روش کار:** 1. **حساب کردن الکترون‌های استفاده شده:** تعداد کل الکترون‌های پیوندی (خط‌ها $\mathbf{\times 2}$) را از کل الکترون‌های ظرفیت (محاسبه شده در گام 1) کم کنید. 2. **توزیع الکترون‌های باقیمانده (ناپیوندی):** الکترون‌های باقیمانده را ابتدا به صورت جفت‌های ناپیوندی ($athbf{\text{نقاط}}$) دور اتم‌های **جانبی** قرار دهید تا هشتایی آن‌ها تکمیل شود. 3. **تکمیل هشتایی اتم مرکزی:** اگر پس از توزیع، اتم مرکزی هنوز هشتایی ناقصی دارد، جفت‌های ناپیوندی از اتم‌های جانبی را به صورت پیوندهای دوگانه یا سه‌گانه $\mathbf{\text{به اشتراک بگذارید}}$ تا هشتایی اتم مرکزی نیز تکمیل شود. **مثال: کربن دی‌اکسید ($athbf{O = C = O}$):** * **الکترون‌های ظرفیت کل:** $athbf{16}$ * **الکترون‌های پیوندی (4 پیوند):** $4 \times 2 = 8$ * **الکترون‌های ناپیوندی باقیمانده:** $16 - 8 = 8$ (یا $4$ جفت) * **توزیع:** روی هر اتم $\mathbf{O}$ دو جفت ناپیوندی قرار می‌دهیم تا هشتایی آن کامل شود ($2$ پیوند + $2$ جفت $= 8$ الکترون). اتم $\mathbf{C}$ نیز با $4$ پیوند (مجموع $8$ الکترون) هشتایی کامل دارد. $$\mathbf{: \ddot{\text{O}} = \text{C} = \ddot{\text{O}} :}$$ این ساختار که در آن هر اتم $athbf{8}$ الکترون دارد و مجموع الکترون‌های پیوندی و ناپیوندی برابر با $athbf{16}$ است، **ساختار صحیح لوییس** برای $athbf{CO_2}$ می‌باشد.

پاسخ و توضیح تمرین 4 تمرین خود را بیازمایید صفحه 57 شیمی دهم این تمرین نهایی، کل فرآیند رسم **ساختار لوییس** را با استفاده از **قاعده‌ی هشتایی** و بررسی **تعداد الکترون‌های ظرفیت**، در مولکول‌های مختلف اجرا می‌کند. ✍️ --- ## 1. گوگرد دی‌اکسید ($athbf{SO_2}$) * $\mathbf{\text{الکترون ظرفیت کل}}: \mathbf{S}$ (6) + $\mathbf{2 \times O}$ (12) $\rightarrow \mathbf{18 \text{ الکترون}}$ * $\mathbf{\text{اتم مرکزی: } S}$ * **ساختار:** $\mathbf{S}$ و $\mathbf{O}$ با پیوند دوگانه پایدار می‌شوند و $athbf{S}$ یک جفت ناپیوندی نگه می‌دارد. $$\mathbf{: \ddot{\text{O}} = \ddot{\text{S}} - \ddot{\text{O}} :}$$ (این ساختار یکی از فرم‌های رزونانسی است که هشتایی همه اتم‌ها را تکمیل می‌کند.) --- ## 2. کربن مونوکسید ($athbf{CO}$) * $\mathbf{\text{الکترون ظرفیت کل}}: \mathbf{C}$ (4) + $\mathbf{O}$ (6) $\rightarrow \mathbf{10 \text{ الکترون}}$ * $\mathbf{\text{اتم مرکزی: }}$ دو اتم است، پیوند مستقیم. * **ساختار:** برای رسیدن هر دو به هشتایی، نیاز به $athbf{3}$ پیوند دارند ($athbf{6}$ الکترون پیوندی) و $athbf{4}$ الکترون ناپیوندی باقی می‌ماند (دو جفت). $$\mathbf{: \text{C} \equiv \text{O} :}$$ (هر اتم $athbf{3}$ پیوند و $athbf{1}$ جفت ناپیوندی دارد $ ightarrow 6+2=8$) --- ## 3. فسفر تری‌کلرید ($athbf{PCl_3}$) * $\mathbf{\text{الکترون ظرفیت کل}}: \mathbf{P}$ (5) + $\mathbf{3 \times Cl}$ (21) $\rightarrow \mathbf{26 \text{ الکترون}}$ * $\mathbf{\text{اتم مرکزی: } P}$ * **ساختار:** $athbf{P}$ سه پیوند یگانه تشکیل می‌دهد و $athbf{1}$ جفت ناپیوندی روی آن باقی می‌ماند. هر $athbf{Cl}$ نیز $athbf{3}$ جفت ناپیوندی دارد. $$\begin{array}{c} : \ddot{\text{Cl}} - \text{P} - \ddot{\text{Cl}} : \\ | \\ : \ddot{\text{Cl}} : \end{array}$$ (با یک جفت ناپیوندی روی $athbf{P}$) --- ## 4. هیدروژن سیانید ($athbf{HCN}$) * $\mathbf{\text{الکترون ظرفیت کل}}: \mathbf{H}$ (1) + $\mathbf{C}$ (4) + $\mathbf{N}$ (5) $\rightarrow \mathbf{10 \text{ الکترون}}$ * $\mathbf{\text{اتم مرکزی: } C}$ (چون $H$ نمی‌تواند مرکزی باشد) * **ساختار:** $athbf{C}$ با $athbf{H}$ پیوند یگانه و با $athbf{N}$ پیوند سه‌گانه تشکیل می‌دهد تا هشتایی آن کامل شود. $athbf{N}$ یک جفت ناپیوندی دارد. $$\mathbf{\text{H} - \text{C} \equiv \text{N} :}$$ --- ## 5. فرمالدهید ($athbf{CH_2O}$) * $\mathbf{\text{الکترون ظرفیت کل}}: \mathbf{C}$ (4) + $\mathbf{2 \times H}$ (2) + $\mathbf{O}$ (6) $\rightarrow \mathbf{12 \text{ الکترون}}$ * $\mathbf{\text{اتم مرکزی: } C}$ * **ساختار:** $athbf{C}$ با $athbf{2}$ اتم $athbf{H}$ پیوند یگانه و با $athbf{O}$ پیوند دوگانه تشکیل می‌دهد تا هشتایی $athbf{C}$ و $athbf{O}$ کامل شود. $athbf{O}$ دو جفت ناپیوندی دارد. $$\begin{array}{c} \mathbf{H} \\ | \\ \mathbf{C} = \ddot{\text{O}} : \\ | \\ \mathbf{H} \end{array}$$ --- ## 6. کربن دی‌سولفید ($athbf{CS_2}$) * $\mathbf{\text{الکترون ظرفیت کل}}: \mathbf{C}$ (4) + $\mathbf{2 \times S}$ (12) $\rightarrow \mathbf{16 \text{ الکترون}}$ * $\mathbf{\text{اتم مرکزی: } C}$ * **ساختار:** کاملاً مشابه $athbf{CO_2}$، با پیوندهای دوگانه. $athbf{C}$ با دو اتم $athbf{S}$ پیوند دوگانه تشکیل می‌دهد. $$\mathbf{: \ddot{\text{S}} = \text{C} = \ddot{\text{S}} :}$$