Nascadh Ceimiceach agus Leictridhiúltacht: Ó Phéirí Comhroinnte go Laitísí Ianacha

Cén fáth a bhfoirmíonn banna: fuinneamh i gcoinne faid

Ní idirghníomhaíonn dhá adamh hidrigine atá i bhfad óna chéile. De réir mar a dhruideann siad le chéile, meallann an dá núicléas gach leictreon, agus titeann an fuinneamh. Níos gaire fós, éarann an dá núicléas a chéile go láidir agus ardaíonn an fuinneamh. Is é fad an bhanna an fad ag bun an tobair fuinnimh seo, 74 pm do H₂, agus is é doimhneacht an tobair fuinneamh an bhanna, 436 kJ/mol do H–H i dTábla 7.2 OpenStax Chemistry 2e.

Is cothromaíocht idir tarraingt agus éaradh gach banna, mar sin cosnaíonn sé fuinneamh i gcónaí banna a bhriseadh agus scaoiltear fuinneamh i gcónaí nuair a fhoirmítear ceann. Tá imoibriú eisiteirmeach nuair atá na bannaí a fhoirmítear níos láidre ar an iomlán ná na bannaí a bhristear.

Leictridhiúltacht agus an scála ó chomhfhiúsach go hianach

Tomhaiseann leictridhiúltacht cé chomh láidir is a mheallann adamh na leictreoin chomhroinnte i mbanna. Is é scála Pauling an ceann is coitianta. Is uimhir ríofa gan toisí í, ní airí tomhaiste. I bhFíor 7.6 OpenStax, is é fluairín an ceann is airde ag 4.0, ansin ocsaigin ag 3.5 agus nítrigin agus clóirín ag 3.0, agus is iad miotail ghrúpa 1 na cinn is ísle, ar nós sóidiam ag 0.9. Ardaíonn na luachanna trasna peiriad agus titeann siad síos grúpa.

Tugann an difríocht ΔEN idir dhá adamh nasctha cineál garbh banna. Úsáideann OpenStax na teorainneacha treorach seo: faoi bhun 0.4, comhfhiúsach neamhpholach; 0.4 go 1.8, comhfhiúsach polach; os cionn 1.8, ianach. Iompraíonn an t-adamh is leictridhiúltaí an muirear diúltach páirteach, δ−.

Is treoirlínte iad na teorainneacha a bhfuil fíoreisceachtaí acu. Tá ΔEN = 1.9 ag HF ach is móilín comhfhiúsach é, agus is gás móilíneach é SiF₄, le ΔEN = 2.2 do gach banna Si–F. Úsáid ΔEN chun bannaí a chur i gcomparáid, ní chun comhdhúil a aicmiú le cinnteacht.

Sampla oibrithe: sé bhanna a rangú de réir polaraíochta

Rangaigh B–H, C–Br, N–O, P–Cl, Al–Cl agus K–Br ón gceann is lú polach go dtí an ceann is mó polach, ag úsáid na seanluachanna Pauling i bhFíor 7.6 OpenStax: 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 agus K 0.8.

Is iad na difríochtaí B–H 0.1, C–Br 0.3, N–O 0.5, P–Cl 0.9, Al–Cl 1.5 agus K–Br 2.0, agus sin é an rangú. Cuireann dhá thoradh iontas ar go leor mac léinn. In B–H, is í an hidrigin an ceann diúltach, toisc go bhfuil bórón níos lú leictridhiúltach ná hidrigin. Agus titeann K–Br sa raon ianach, rud atá comhsheasmhach le bróimíd photaisiam a bheith ina solad ianach, agus suíonn Al–Cl gar do bharr an raoin chomhfhiúsaigh pholaigh; déantar cur síos ar chlóiríd alúmanaim mar ianach i roinnt céimeanna agus mar mhóilíneach i gcinn eile.

Móimintí dípóil agus céatadán an charachtair ianaigh

Tá móimint dípóil μ = Qr ag banna polach, méid an mhuirir scartha iolraithe faoin bhfad idir na muirir. Tugtar móimintí dípóil i ndebyeanna de ghnáth: 1 D = 3.336 × 10⁻³⁰ C·m. Dá mbogfaí muirear iomlán leictreoin, 1.602 × 10⁻¹⁹ C, thar 1 Å, bheadh an mhóimint dípóil 4.803 D. Má chuirtear an μ tomhaiste i gcomparáid leis an luach iomlán ianach seo, faightear céatadán garbh an charachtair ianaigh, (μ tomhaiste / μ iomlán ianach) × 100.

Sampla oibrithe 1. Liostaíonn NIST Chemistry WebBook, do H³⁵Cl sa chéim ghásach, μ = 1.1085 D agus fad banna cothromaíochta 1.27455 Å. Bheadh μ = 4.803 D/Å × 1.27455 Å = 6.122 D ag H⁺Cl⁻ iomlán ianach ag an bhfad sin. Is é céatadán an charachtair ianaigh 1.1085/6.122 × 100 = 18.1%. I gcás HF, le luachanna WebBook μ = 1.82618 D agus r = 0.91680 Å, is é 4.404 D an luach iomlán ianach agus is é 41.5% an carachtar ianach.

Aontaíonn an rangú le ΔEN (0.9 do HCl, 1.9 do HF), ach léiríonn na huimhreacha cé chomh fada is atá fiú ΔEN mór ó aistriú iomlán muirir. Tá HF níos gaire don cheann comhfhiúsach ná mar a thabharfadh a ΔEN amháin le fios.

Fuinneamh laitíse agus dlí Coulomb

Coinnítear solad ianach le chéile ag an tarraingt idir gach catian agus gach ainian sa chriostal. Is é a fhuinneamh laitíse an fuinneamh a theastaíonn chun móil amháin den solad a scaradh ina hianta gásacha. Sainmhíníonn OpenStax é mar luach dearfach, ach úsáideann roinnt téacsleabhar an próiseas droim ar ais agus tugann siad luachanna diúltacha, mar sin seiceáil an coinbhinsiún comhartha ar dtús.

De réir dhlí Coulomb, méadaíonn an tarraingt le toradh mhuirir na n-ian agus laghdaíonn sí de réir mar a mhéadaíonn an fad idir na hianta. Is é an muirear is mó a bhíonn i gceannas de ghnáth. Liostaíonn Roinn 7.5 OpenStax LiF ag 1023 kJ/mol agus MgO, a bhfuil muirir 2+ agus 2− ar a hianta, ag 3900 kJ/mol, beagnach ceithre huaire níos mó. Tá tábhacht ag méid ina dhiaidh sin: is é 2957 kJ/mol MgF₂ agus is é 2327 kJ/mol MgI₂, toisc go gcoinníonn an t-ian iaidíde níos mó na muirir níos faide óna chéile.

Sampla oibrithe: timthriall Born–Haber do chlóiríd sóidiam

Ní féidir fuinnimh laitíse a thomhas go díreach, mar sin aimsítear iad le timthriall dhlí Hess. Tóg NaCl(s) óna eilimintí ar bhealach indíreach ar féidir gach céim de a thomhas, ansin éiligh go dtugann an bealach sin an t-iomlán céanna leis an imoibriú foirmithe díreach.

Sampla oibrithe 2. Úsáid na céimeanna seo. Sublimigh sóidiam, Na(s) → Na(g): +107.5 kJ/mol, ΔH°f Na(g) ó Aguisín G OpenStax. Déan adaimh chlóirín, ½ Cl₂(g) → Cl(g): +121.3 kJ/mol, ΔH°f Cl(g). Ianaigh sóidiam, Na(g) → Na⁺(g) + e⁻: +495.8 kJ/mol, ó luach NIST 5.1391 eV. Cuir leictreon le clóirín, Cl(g) + e⁻ → Cl⁻(g): −348.6 kJ/mol, ón gcleamhnas leictreon 3.6131 eV in NIST Chemistry WebBook. Ar deireadh, scaoileann Na⁺(g) + Cl⁻(g) → NaCl(s) an fuinneamh laitíse, U.

Is é an t-imoibriú foriomlán Na(s) + ½ Cl₂(g) → NaCl(s), le ΔH°f = −411.2 kJ/mol. Mar sin 107.5 + 121.3 + 495.8 − 348.6 − U = −411.2, rud a thugann U = 787.2 kJ/mol. Tabhair faoi deara go gcosnaíonn ianúchán níos mó fuinnimh ná mar a thugann an cleamhnas leictreon ar ais. Gan an fuinneamh laitíse mór, ní bheadh foirmiú NaCl óna eilimintí eisiteirmeach. Bíonn fuinnimh laitíse foilsithe do NaCl difriúil faoi chúpla faoin gcéad de réir na sonraí agus an mhodha a úsáidtear (luann OpenStax 769 kJ), mar sin cuir treochtaí i gcomparáid seachas na digití deireanacha.

Eantalpacht imoibrithe a mheas ó fhuinnimh bhannaí

I gcás imoibrithe sa chéim ghásach, is féidir leat ΔH a mheas trí bhannaí a chomhaireamh: ΔH ≈ Σ(fuinnimh na mbannaí a bhristear) − Σ(fuinnimh na mbannaí a fhoirmítear). Is meáin thar go leor móilíní iad fuinnimh bhannaí tháblaithe, mar sin níl sa toradh ach meastachán agus is féidir leis a bheith cúpla deich gcileaghiúl ón luach a fhaightear ó eantalpachtaí foirmithe.

Sampla oibrithe 3. Meas ΔH do C₂H₄(g) + H₂(g) → C₂H₆(g). Maireann ceithre bhanna C–H eitiléine, mar sin déan neamhaird díobh. Briste: C=C amháin (611 kJ/mol) agus H–H amháin (436 kJ/mol), 1047 kJ san iomlán. Foirmithe: C–C amháin (345 kJ/mol) agus dhá C–H nua (2 × 415 kJ/mol), 1175 kJ san iomlán. ΔH ≈ 1047 − 1175 = −128 kJ. Is é an luach ó eantalpachtaí foirmithe, ó Aguisín G, −84.0 − 52.4 = −136.4 kJ. Tá an comhartha ceart ag an meastachán agus tá sé laistigh de thart ar 6%.

Míthuiscintí nasctha le seachaint

Eascraíonn formhór na n-earráidí as treoirlínte garbha a láimhseáil mar rialacha beachta nó as coinbhinsiúin chomhartha a mheascadh. Seo iad na cinn is coitianta.

• ΔEN = 1.8 a láimhseáil mar líne ghéar idir comhfhiúsach agus ianach. Tá an scála leanúnach, agus briseann comhdhúile ar nós HF agus SiF₄ an riail.
• Leictridhiúltacht a mheascadh le cleamhnas leictreon. Is fuinneamh tomhaiste d'adamh gásach é cleamhnas leictreon; déanann leictridhiúltacht cur síos ar adamh i mbanna.
• Glacadh leis gurb é an t-adamh is leictridhiúltaí an neamh-mhiotal a mbeifeá ag súil leis i gcónaí. Seiceáil an tábla: i mbannaí B–H agus Si–H, is í an hidrigin an ceann diúltach.
• Foirmle fhuinneamh na mbannaí a aisiompú. Is é atá ann bannaí briste lúide bannaí foirmithe, an t-ord contrártha d'fhoirmle na n-eantalpachtaí foirmithe.
• Coinbhinsiúin chomhartha an fhuinnimh laitíse a mheascadh laistigh de thimthriall Born–Haber amháin.
• Banna dúbailte a chomhaireamh mar dhá bhanna aonair. Tá banna C=C (611 kJ/mol) níos laige ná dhá bhanna C–C (690 kJ/mol).