پرسش

در مورد اتم مركزی و واكنش های شیمیایی و عدد اكسایش توزیح دهید؟

پاسخ

معمولا اتم مركزی در تركیبات را اتمی در نظر می‌گیرند كه با قرار گرفتن آن اتم در مركز مولكول ،پایدار ترین آرایش هندسی تشكیل شود .
الف ) مولكول‌هایی كه اتم مركزی آنها فقط جفت الكترون‌های پیوندی دارند .
مثال 1 – مولكول بریلیم دی فلوئورید BeF2 : در اینجا اتم مركزی بریلیم است كه دو الكترون ظرفیت دارد و می‌تواند هر یك از این دو الكترون را با یك الكترون از یك اتم فلوئور به اشتراك بگذارد . نیروی دافعه متقابل بین این دو جفت الكترون پیوندی سبب می‌شود كه آنها نسبت به یكدیگر بیشترین زاویه ( 180 درجه ) را داشته باشند و از این رو اتمهای فلوئور و بریلیم در یك امتداد قرار می‌گیرند . بنابراین ، این مولكول ساختاری خطی دارد .
مثال2- مولكول بور تری فلوئورید BF3 : در اینجا سه پیوند كووالانسی B-F وجود دارد كه حاصل زوج شدن سه الكترون ظرفیت اتم بور با یك الكترون از هریك از سه اتم فلوئور است . بنابراین در لایه ظرفیت اتم مركزی ( بور ) سه جفت الكترون وجود دارد . پایدارترین آرایشی كه این سه جفت الكترون بر اساس دافعه متقابل جفت الكترونهای پیوندی خواهند داشت به صورت متساوی الاضلاع است . پیشگویی می‌شود این مولكول به صورت مثلثی مسطح ( زاویه 120 درجه ) باشد و شواهد تجربی این آرایش هندسی را تایید می‌كند .
مثال 3 – مولكول كربن تترا فلوئورید CF4 : در این مولكول چهار پیوند كووالانسی C - F وجود دارد . بنابراین در لایه ظرفیت اتم مركزی ( كربن ) چهار جفت الكترون وجود دارد . پایدارترین آرایش هندسی ، برای این چهار جفت الكترون بر اساس دافعه‌های متقابل جفت الكترون‌های پیوندی موقعی حاصل می‌شود كه زاویه میان آنها به حداكثر مقدار ( 109 درجه و 28 ثانیه ) برسد .بنابراین پیشگویی می‌شود كه مولكول كربن تترافلوئورید آرایش چهار وجهی داشته باشد .
ب- مولكول‌هایی كه اتم مركزی آنها هم جفت الكترون‌های پیوند و هم جفت الكترون‌های تنها دارند :
مثال 1- مولكول آمونیاك NH3 : در لایه ظرفیت اتم مركزی ( نیتروژن ) چهار جفت الكترون وجود دارد كه یك جفت از آنها به صورت تنها و سه جفت دیگر پیوندی ( با هیدروژن ) است . پیشگویی اولیه آن است كه ارایش به صورت یك چهار وجهی باشد ، اما شواهد تجربی تفاوت اندكی را با این پیشگویی می‌رسانند . در واقع مولكول آمونیاك هرمی شكل است ( با زاویه 107 درجه ) . واقعیت آن است كه جفت الكترون تنها در آمونیاك تنها تحت تاثیر جاذبه هسته اتم نیتروژن قرار دارد و نسبت به جفتهای پیوندی كه بین هسته نیتروژن و هر یك از هسته‌های هیدروژن مستقرند فضای بیشتری را اشغال كرده است .
مثال 2- مولكول آب : در اینجا نیز برای این چهار جفت الكترون ، در ابتدا یك آرایش چهار وجهی پیشگویی می‌شود ، اما واقعیت آن است كه شكل مولكول به صورت خمیده با زاویه 5/104 درجه است.
واكنش‌های شیمیایی : در واكنشهای شیمیایی از تاثیر دو ماده بر روی یكدیگر ماده جدیدی ایجاد می‌شود كه خواص ماده اولیه را ندارد .
عدد اكسایش :
دانشمندان یك مفهوم قرار دادی پیشنهاد كرده‌اند كه همه حالت‌های یونی و كووالانسی را در بر می‌گیرد ، این مفهوم را عدد اكسایش نامیده‌اند . تعریف مناسب این مفهوم چنین است : عدداكسایش یك عنصر (در یك تركیب) ، تعداد بار الكتریكی مثبت یا منفی است كه به اتم آن عنصر نسبت داده می‌شود ، با این فرض كه انتقال الكترون كامل و همه پیوندها یونی باشد . پس از یك سلسله قاعده‌های قرار دادی كه آسیبی به علم نمی‌رسانند ، استفاده می‌كنیم :
1- عدد اكسایش هر عنصر در حالت آزاد صفر است .مثل اتم H كه در مولكول‌های هیدروژن عدداكسایش صفر دارند .
2- عدد اكسایش یون‌های تك اتمی با بار الكتریكی آنها برابر است : برای مثال عدد اكسایش یونهای سدیم و كلرید در نمك طعام به ترتیب 1+ و 1- است .
3- برای یك مولكول ( یا یك واحد فرمولی ) كه از لحاظ الكتریكی خنثی است ، مجموع عددهای اكسایش همه اتم‌های شركت كننده در آن مولكول صفر است : در منگنز دی اكسید M nO2 عدد اكسایش اكسیژن 2- است پس بایستی عدد اكسایش منگنز 4+ باشد تا جمع جبری همه عددها ی اكسایش در این تركیب صفر شود .
4- عدد اكسایش اتم فلوئور كه الكترونگاتیوترین عنصرهاست همیشه منفی یك است .
5- عدد اكسایش اكسیژن در اغلب تركیب‌های آن منفی دو است ، به غیر از دو تركیب آب اكسیژنه و اكسیژن فلوئورید .
6- عدد اكسایش هیدروژن در تركیبهای آن مثبت یك است .تنها مورد استثنا در هیدریدهای فلزی ازقبیل NaH است كه عدداكسایش هیدروژن منفی یك است ( چرا كه الكترونگاتیوتر از فلزهاست ) .
7- برای یك یون چند اتمی ، مجموع جبری عددهای اكسایش اتم‌های شركت كننده در آن ، برابر بار الكتریكی آن یون است . برای مثال در یون كربنات ( C O3 با دو بار منفی ) عدد اكسایش كربن مثبت چهار‌ و عدداكسایش اكسیژن منفی دو است بنابراین مجموع این دو عدد (+4)+(-6)=-2 كه با بار یون كربنات برابر است .