Chemical Bonding ug Electronegativity: Gikan sa Gipaambit nga mga Pares ngadto sa Ionic nga mga Lattice

Nganong maporma ang bond: enerhiya batok sa gilay-on

Ang duha ka hydrogen nga atomo nga layo sa usag usa dili mag-interact. Samtang magkaduol sila, ang matag electron madani sa duha ka nucleus, ug moubos ang enerhiya. Kung mas duol pa, ang duha ka nucleus kusog nga magsukol sa usag usa ug mosaka ang enerhiya. Ang bond length mao ang gilay-on sa ubos niini nga energy well, 74 pm alang sa H₂, ug ang giladmon sa well mao ang bond energy, 436 kJ/mol alang sa H–H sa OpenStax Chemistry 2e Table 7.2.

Ang matag bond usa ka balanse sa pagdani ug pagsukol, busa ang pagbungkag sa bond kanunay nanginahanglan og enerhiya ug ang pagporma og usa kanunay mopagawas niini. Ang reaksyon exothermic kung ang mga bond nga naporma mas lig-on sa kinatibuk-an kaysa mga bond nga nabungkag.

Electronegativity ug ang eskala gikan sa covalent ngadto sa ionic

Ang electronegativity nagsukod kung unsa ka kusog ang pagdani sa atomo sa gipaambit nga mga electron sa bond. Ang eskala ni Pauling mao ang labing kasagaran. Kini usa ka dimensionless, gikalkulo nga numero, dili gisukod nga kabtangan. Sa OpenStax Figure 7.6, ang fluorine ang labing taas sa 4.0, gisundan sa oxygen sa 3.5 ug nitrogen ug chlorine sa 3.0, ug ang group 1 nga mga metal ang labing ubos, sama sa sodium sa 0.9. Ang mga bili mosaka latas sa period ug moubos paubos sa group.

Ang kalainan nga ΔEN tali sa duha ka nabugkos nga atomo mohatag og gibana-bana nga matang sa bond. Gigamit sa OpenStax kini nga mga giya nga cut-off: ubos sa 0.4, nonpolar covalent; 0.4 hangtod 1.8, polar covalent; labaw sa 1.8, ionic. Ang mas electronegative nga atomo nagdala sa partial nga negatibo nga charge, δ−.

Ang mga cut-off mga giya nga adunay tinuod nga mga eksepsyon. Ang HF adunay ΔEN = 1.9 apan usa ka covalent nga molecule, ug ang SiF₄, nga adunay ΔEN = 2.2 alang sa matag Si–F nga bond, usa ka molecular nga gas. Gamita ang ΔEN sa pagtandi sa mga bond, dili sa pagklasipikar sa compound nga sigurado.

Nasulbad nga ehemplo: paghan-ay sa unom ka bond sumala sa polarity

Han-aya ang B–H, C–Br, N–O, P–Cl, Al–Cl ug K–Br gikan sa labing dili polar ngadto sa labing polar, gamit ang mas karaan nga mga bili ni Pauling sa OpenStax Figure 7.6: H 2.1, B 2.0, C 2.5, N 3.0, O 3.5, Al 1.5, P 2.1, Cl 3.0, Br 2.8 ug K 0.8.

Ang mga kalainan mao ang B–H 0.1, C–Br 0.3, N–O 0.5, P–Cl 0.9, Al–Cl 1.5 ug K–Br 2.0, nga mao ang han-ay. Duha ka resulta ang makapakurat sa daghang estudyante. Sa B–H, ang hydrogen mao ang negatibo nga tumoy, tungod kay ang boron dili kaayo electronegative kaysa hydrogen. Ug ang K–Br nahulog sa ionic nga range, nga uyon sa potassium bromide nga usa ka ionic nga solido, samtang ang Al–Cl anaa duol sa ibabaw sa polar covalent nga range; ang aluminum chloride gihulagway nga ionic sa pipila ka phase ug molecular sa uban.

Mga dipole moment ug percent ionic character

Ang polar nga bond adunay dipole moment nga μ = Qr, ang gidak-on sa nabulag nga charge gipadaghan sa gilay-on tali sa mga charge. Ang mga dipole moment kasagarang gihatag sa debye: 1 D = 3.336 × 10⁻³⁰ C·m. Kung ang tibuok charge sa electron, 1.602 × 10⁻¹⁹ C, ibalhin latas sa 1 Å, ang dipole moment mahimong 4.803 D. Ang pagtandi sa gisukod nga μ niining hingpit nga ionic nga bili mohatag og gibana-bana nga percent ionic character, (μ gisukod / μ hingpit nga ionic) × 100.

Nasulbad nga ehemplo 1. Gilista sa NIST Chemistry WebBook, alang sa gas-phase nga H³⁵Cl, ang μ = 1.1085 D ug equilibrium bond length nga 1.27455 Å. Ang hingpit nga ionic nga H⁺Cl⁻ sa maong gilay-on adunay μ = 4.803 D/Å × 1.27455 Å = 6.122 D. Ang percent ionic character 1.1085/6.122 × 100 = 18.1%. Alang sa HF, uban sa mga bili sa WebBook nga μ = 1.82618 D ug r = 0.91680 Å, ang hingpit nga ionic nga bili 4.404 D ug ang ionic character 41.5%.

Ang han-ay uyon sa ΔEN (0.9 alang sa HCl, 1.9 alang sa HF), apan gipakita sa mga numero kung unsa kalayo bisan ang dako nga ΔEN gikan sa hingpit nga pagbalhin sa charge. Ang HF mas duol sa covalent nga tumoy kaysa sa gisugyot sa ΔEN niini lamang.

Lattice energy ug ang balaod ni Coulomb

Ang ionic nga solido gihiusa sa pagdani tali sa matag cation ug matag anion sa crystal. Ang lattice energy niini mao ang enerhiya nga gikinahanglan sa pagbulag sa usa ka mole sa solido ngadto sa gaseous nga mga ion. Gipasabot kini sa OpenStax nga positibo, apan ang pipila ka libro naggamit sa sukwahi nga proseso ug naghatag og negatibo nga mga bili, busa susiha una ang kombensyon sa timaan.

Pinaagi sa balaod ni Coulomb, ang pagdani modako uban sa produkto sa mga charge sa ion ug mokunhod samtang modako ang gilay-on tali sa mga ion. Ang charge kasagarang mao ang mas dominante. Gilista sa OpenStax Section 7.5 ang LiF sa 1023 kJ/mol ug ang MgO, kansang mga ion nagdala og mga charge nga 2+ ug 2−, sa 3900 kJ/mol, hapit upat ka pilo nga mas dako. Ang gidak-on ang sunod nga importante: ang MgF₂ 2957 kJ/mol ug ang MgI₂ 2327 kJ/mol, tungod kay ang mas dako nga iodide ion nagpalayo sa mga charge.

Nasulbad nga ehemplo: Born–Haber cycle alang sa sodium chloride

Ang mga lattice energy dili direktang masukod, busa makit-an kini gamit ang cycle sa balaod ni Hess. Tukora ang NaCl(s) gikan sa mga elemento niini pinaagi sa dili direkta nga agianan kansang mga lakang masukod tanan, dayon gikinahanglan nga kana nga agianan mohatag sa parehas nga kinatibuk-an sa direkta nga formation reaction.

Nasulbad nga ehemplo 2. Gamita kini nga mga lakang. I-sublime ang sodium, Na(s) → Na(g): +107.5 kJ/mol, ang ΔH°f sa Na(g) gikan sa OpenStax Appendix G. Paghimo og mga chlorine nga atomo, ½ Cl₂(g) → Cl(g): +121.3 kJ/mol, ang ΔH°f sa Cl(g). I-ionize ang sodium, Na(g) → Na⁺(g) + e⁻: +495.8 kJ/mol, gikan sa bili sa NIST nga 5.1391 eV. Dugangi og electron ang chlorine, Cl(g) + e⁻ → Cl⁻(g): −348.6 kJ/mol, gikan sa electron affinity nga 3.6131 eV sa NIST Chemistry WebBook. Sa katapusan, ang Na⁺(g) + Cl⁻(g) → NaCl(s) mopagawas sa lattice energy, U.

Ang kinatibuk-ang reaksyon mao ang Na(s) + ½ Cl₂(g) → NaCl(s), nga adunay ΔH°f = −411.2 kJ/mol. Busa 107.5 + 121.3 + 495.8 − 348.6 − U = −411.2, nga mohatag og U = 787.2 kJ/mol. Matikdi nga ang ionization nanginahanglan og mas daghang enerhiya kaysa sa ibalik sa electron affinity. Kung wala ang dako nga lattice energy, ang pagporma og NaCl gikan sa mga elemento niini dili exothermic. Ang gipatik nga mga lattice energy alang sa NaCl magkalahi og pipila ka porsyento depende sa datos ug pamaagi nga gigamit (ang OpenStax nagkutlo og 769 kJ), busa itandi ang mga trend imbes ang katapusang mga digit.

Pagbanabana sa enthalpy sa reaksyon gikan sa mga bond energy

Alang sa gas-phase nga mga reaksyon, mabanabana nimo ang ΔH pinaagi sa pag-ihap sa mga bond: ΔH ≈ Σ(mga enerhiya sa nabungkag nga mga bond) − Σ(mga enerhiya sa naporma nga mga bond). Ang gitabulate nga mga bond energy mga average sa daghang molecule, busa ang resulta banabana lamang ug mahimong lahi sa bili gikan sa mga formation enthalpy og napulo ka kilojoule o labaw pa.

Nasulbad nga ehemplo 3. Banabanaa ang ΔH alang sa C₂H₄(g) + H₂(g) → C₂H₆(g). Ang upat ka C–H nga bond sa ethylene mapabilin, busa ayaw kini tagda. Nabungkag: usa ka C=C (611 kJ/mol) ug usa ka H–H (436 kJ/mol), 1047 kJ sa kinatibuk-an. Naporma: usa ka C–C (345 kJ/mol) ug duha ka bag-ong C–H (2 × 415 kJ/mol), 1175 kJ sa kinatibuk-an. ΔH ≈ 1047 − 1175 = −128 kJ. Ang bili gikan sa formation enthalpy, gikan sa Appendix G, mao ang −84.0 − 52.4 = −136.4 kJ. Ang banabana adunay hustong timaan ug sulod sa mga 6%.

Mga sayop nga pagsabot sa pagbugkos nga angay likayan

Kadaghanan sa mga sayop naggikan sa pagtratar sa gibana-bana nga mga giya isip eksakto nga mga lagda o sa pagsagol sa mga kombensyon sa timaan. Kini ang labing kasagaran.

• Pagtratar sa ΔEN = 1.8 isip hait nga linya tali sa covalent ug ionic. Ang eskala padayon, ug ang mga compound sama sa HF ug SiF₄ molapas sa lagda.
• Pagsagol sa electronegativity ug electron affinity. Ang electron affinity usa ka gisukod nga enerhiya alang sa gaseous nga atomo; ang electronegativity naghulagway sa atomo sa bond.
• Pagtuo nga ang mas electronegative nga atomo kanunay mao ang nonmetal nga imong gipaabot. Susiha ang lamesa: sa B–H ug Si–H nga mga bond, ang hydrogen mao ang negatibo nga tumoy.
• Pagbaliskad sa pormula sa bond energy. Kini mao ang nabungkag nga mga bond kuhaan sa naporma nga mga bond, ang sukwahi nga han-ay sa pormula sa formation enthalpy.
• Pagsagol sa mga kombensyon sa timaan sa lattice energy sulod sa usa ka Born–Haber cycle.
• Pag-ihap sa double bond isip duha ka single bond. Ang C=C nga bond (611 kJ/mol) mas huyang kaysa duha ka C–C nga bond (690 kJ/mol).