ចំណងគីមី និងអេឡិចត្រូអវិជ្ជមាន៖ ពីគូអេឡិចត្រុងរួមទៅបណ្តាញអ៊ីយ៉ុង

ហេតុអ្វីបានជាចំណងកើតឡើង៖ ថាមពលធៀបនឹងចម្ងាយ

អាតូមអ៊ីដ្រូសែនពីរដែលនៅឆ្ងាយពីគ្នាមិនមានអន្តរកម្មទេ។ នៅពេលវាខិតជិតគ្នា អេឡិចត្រុងនីមួយៗត្រូវបានទាញដោយស្នូលទាំងពីរ ហើយថាមពលថយចុះ។ នៅពេលជិតជាងនេះទៀត ស្នូលទាំងពីររុញច្រានគ្នាយ៉ាងខ្លាំង ហើយថាមពលកើនឡើង។ ប្រវែងចំណងគឺជាចម្ងាយនៅបាតនៃអណ្តូងថាមពលនេះ គឺ 74 pm សម្រាប់ H₂ ហើយជម្រៅនៃអណ្តូងគឺជាថាមពលចំណង គឺ 436 kJ/mol សម្រាប់ H–H ក្នុងតារាង 7.2 នៃ OpenStax Chemistry 2e។

ចំណងនីមួយៗគឺជាតុល្យភាពរវាងកម្លាំងទាញ និងកម្លាំងរុញច្រាន ដូច្នេះការផ្តាច់ចំណងតែងតែត្រូវការថាមពល ហើយការបង្កើតចំណងតែងតែបញ្ចេញថាមពល។ ប្រតិកម្មមួយបញ្ចេញកម្តៅ នៅពេលចំណងដែលបានបង្កើតរឹងមាំជាងចំណងដែលបានផ្តាច់ជារួម។

អេឡិចត្រូអវិជ្ជមាន និងមាត្រដ្ឋានពីកូវ៉ាឡង់ទៅអ៊ីយ៉ុង

អេឡិចត្រូអវិជ្ជមានវាស់កម្រិតដែលអាតូមមួយទាញអេឡិចត្រុងរួមក្នុងចំណង។ មាត្រដ្ឋានប៉ូលីង គឺជាមាត្រដ្ឋានទូទៅបំផុត។ វាជាចំនួនគ្មានវិមាត្រដែលបានគណនា មិនមែនជាលក្ខណៈដែលបានវាស់ទេ។ ក្នុងរូបភាព 7.6 នៃ OpenStax ហ្វ្លុយអរខ្ពស់បំផុតនៅ 4.0 បន្ទាប់មកអុកស៊ីសែននៅ 3.5 និងអាសូត និងក្លរនៅ 3.0 ហើយលោហៈក្រុម 1 ទាបបំផុត ដូចជាសូដ្យូមនៅ 0.9។ តម្លៃកើនឡើងតាមខួប ហើយថយចុះចុះក្រោមតាមក្រុម។

ផលដក ΔEN រវាងអាតូមពីរដែលភ្ជាប់គ្នា ផ្តល់ប្រភេទចំណងប្រហាក់ប្រហែល។ OpenStax ប្រើកម្រិតណែនាំទាំងនេះ៖ ក្រោម 0.4 កូវ៉ាឡង់គ្មានប៉ូល ពី 0.4 ដល់ 1.8 កូវ៉ាឡង់មានប៉ូល លើស 1.8 អ៊ីយ៉ុង។ អាតូមដែលមានអេឡិចត្រូអវិជ្ជមានខ្លាំងជាងផ្ទុកបន្ទុកអវិជ្ជមានដោយផ្នែក δ−។

កម្រិតទាំងនេះជាការណែនាំដែលមានករណីលើកលែងពិតប្រាកដ។ HF មាន ΔEN = 1.9 ប៉ុន្តែជាម៉ូលេគុលកូវ៉ាឡង់ ហើយ SiF₄ ដែលមាន ΔEN = 2.2 សម្រាប់ចំណង Si–F នីមួយៗ គឺជាឧស្ម័នម៉ូលេគុល។ ប្រើ ΔEN ដើម្បីប្រៀបធៀបចំណង មិនមែនដើម្បីចាត់ថ្នាក់សមាសធាតុដោយប្រាកដប្រជាទេ។

ឧទាហរណ៍ដោះស្រាយ៖ ការរៀបលំដាប់ចំណងប្រាំមួយតាមប៉ូឡារីតេ

រៀបលំដាប់ B–H, C–Br, N–O, P–Cl, Al–Cl និង K–Br ពីប៉ូលតិចបំផុតទៅប៉ូលច្រើនបំផុត ដោយប្រើតម្លៃប៉ូលីងចាស់ក្នុងរូបភាព 7.6 នៃ 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 និង K 0.8។

ផលដកគឺ B–H 0.1, C–Br 0.3, N–O 0.5, P–Cl 0.9, Al–Cl 1.5 និង K–Br 2.0 ដែលជាលំដាប់នោះ។ លទ្ធផលពីរធ្វើឱ្យសិស្សជាច្រើនភ្ញាក់ផ្អើល។ ក្នុង B–H អ៊ីដ្រូសែនជាចុងអវិជ្ជមាន ព្រោះបរមានអេឡិចត្រូអវិជ្ជមានតិចជាងអ៊ីដ្រូសែន។ ហើយ K–Br ធ្លាក់ក្នុងចន្លោះអ៊ីយ៉ុង ស្របនឹងការដែលប៉ូតាស្យូមប្រូមួជាសារធាតុរឹងអ៊ីយ៉ុង ចំណែក Al–Cl ស្ថិតនៅជិតកំពូលនៃចន្លោះកូវ៉ាឡង់មានប៉ូល អាលុយមីញ៉ូមក្លរួត្រូវបានពិពណ៌នាថាជាអ៊ីយ៉ុងក្នុងដំណាក់កាលខ្លះ និងជាម៉ូលេគុលក្នុងដំណាក់កាលផ្សេងទៀត។

ម៉ូម៉ង់ឌីប៉ូល និងភាគរយលក្ខណៈអ៊ីយ៉ុង

ចំណងមានប៉ូលមានម៉ូម៉ង់ឌីប៉ូល μ = Qr ដែលជាទំហំនៃបន្ទុកដែលបំបែកគុណនឹងចម្ងាយរវាងបន្ទុក។ ម៉ូម៉ង់ឌីប៉ូលជាធម្មតាត្រូវបានផ្តល់ជាដេបាយ៖ 1 D = 3.336 × 10⁻³⁰ C·m។ ប្រសិនបើបន្ទុកពេញលេញរបស់អេឡិចត្រុង 1.602 × 10⁻¹⁹ C ត្រូវបានផ្លាស់ទីឆ្លងកាត់ 1 Å ម៉ូម៉ង់ឌីប៉ូលនឹងស្មើ 4.803 D។ ការប្រៀបធៀប μ ដែលបានវាស់ជាមួយតម្លៃអ៊ីយ៉ុងពេញលេញនេះ ផ្តល់ភាគរយលក្ខណៈអ៊ីយ៉ុងប្រហាក់ប្រហែល (μ ដែលបានវាស់ / μ អ៊ីយ៉ុងពេញលេញ) × 100។

ឧទាហរណ៍ដោះស្រាយទី 1។ NIST Chemistry WebBook រាយបញ្ជីសម្រាប់ H³⁵Cl ក្នុងដំណាក់កាលឧស្ម័ន μ = 1.1085 D និងប្រវែងចំណងលំនឹង 1.27455 Å។ H⁺Cl⁻ អ៊ីយ៉ុងពេញលេញនៅចម្ងាយនោះនឹងមាន μ = 4.803 D/Å × 1.27455 Å = 6.122 D។ ភាគរយលក្ខណៈអ៊ីយ៉ុងគឺ 1.1085/6.122 × 100 = 18.1%។ សម្រាប់ HF ដែលមានតម្លៃ WebBook μ = 1.82618 D និង r = 0.91680 Å តម្លៃអ៊ីយ៉ុងពេញលេញគឺ 4.404 D ហើយលក្ខណៈអ៊ីយ៉ុងគឺ 41.5%។

លំដាប់នេះស្របនឹង ΔEN (0.9 សម្រាប់ HCl, 1.9 សម្រាប់ HF) ប៉ុន្តែលេខបង្ហាញថា សូម្បីតែ ΔEN ធំក៏នៅឆ្ងាយពីការផ្ទេរបន្ទុកពេញលេញដែរ។ HF នៅជិតចុងកូវ៉ាឡង់ជាងអ្វីដែល ΔEN របស់វាតែម្យ៉ាងបង្ហាញ។

ថាមពលបណ្តាញគ្រីស្តាល់ និងច្បាប់គូឡុំ

សារធាតុរឹងអ៊ីយ៉ុងត្រូវបានរក្សាទុកជាមួយគ្នាដោយកម្លាំងទាញរវាងកាទីយ៉ុងនីមួយៗ និងអានីយ៉ុងនីមួយៗក្នុងគ្រីស្តាល់។ ថាមពលបណ្តាញគ្រីស្តាល់របស់វាគឺជាថាមពលដែលត្រូវការដើម្បីបំបែកសារធាតុរឹងមួយម៉ូលទៅជាអ៊ីយ៉ុងឧស្ម័ន។ OpenStax កំណត់វាជាតម្លៃវិជ្ជមាន ប៉ុន្តែសៀវភៅសិក្សាខ្លះប្រើដំណើរការបញ្ច្រាស ហើយផ្តល់តម្លៃអវិជ្ជមាន ដូច្នេះចូរពិនិត្យទម្លាប់សញ្ញាជាមុនសិន។

តាមច្បាប់គូឡុំ កម្លាំងទាញកើនឡើងតាមផលគុណនៃបន្ទុកអ៊ីយ៉ុង ហើយថយចុះនៅពេលចម្ងាយរវាងអ៊ីយ៉ុងកើនឡើង។ បន្ទុកជាធម្មតាមានឥទ្ធិពលលើសលុប។ ផ្នែក 7.5 នៃ OpenStax រាយបញ្ជី LiF នៅ 1023 kJ/mol និង MgO ដែលអ៊ីយ៉ុងរបស់វាផ្ទុកបន្ទុក 2+ និង 2− នៅ 3900 kJ/mol ធំជាងស្ទើរតែបួនដង។ ទំហំមានសារៈសំខាន់បន្ទាប់៖ MgF₂ គឺ 2957 kJ/mol ហើយ MgI₂ គឺ 2327 kJ/mol ព្រោះអ៊ីយ៉ុងអ៊ីយ៉ូឌួដែលធំជាងរក្សាបន្ទុកឱ្យនៅឆ្ងាយពីគ្នាជាង។

ឧទាហរណ៍ដោះស្រាយ៖ វដ្តបរន–ហាប៊ឺសម្រាប់សូដ្យូមក្លរួ

ថាមពលបណ្តាញគ្រីស្តាល់មិនអាចវាស់ដោយផ្ទាល់បានទេ ដូច្នេះវាត្រូវបានរកដោយប្រើវដ្តច្បាប់ហេស។ សាងសង់ NaCl(s) ពីធាតុរបស់វាតាមផ្លូវប្រយោល ដែលជំហានទាំងអស់អាចវាស់បាន បន្ទាប់មកតម្រូវឱ្យផ្លូវនោះផ្តល់ផលបូកដូចគ្នានឹងប្រតិកម្មបង្កើតផ្ទាល់។

ឧទាហរណ៍ដោះស្រាយទី 2។ ប្រើជំហានទាំងនេះ។ ស៊ុបលីមសូដ្យូម Na(s) → Na(g)៖ +107.5 kJ/mol ដែលជា ΔH°f នៃ Na(g) ពីឧបសម្ព័ន្ធ G នៃ OpenStax។ បង្កើតអាតូមក្លរ ½ Cl₂(g) → Cl(g)៖ +121.3 kJ/mol ដែលជា ΔH°f នៃ Cl(g)។ ធ្វើអ៊ីយ៉ូដកម្មសូដ្យូម Na(g) → Na⁺(g) + e⁻៖ +495.8 kJ/mol ពីតម្លៃ NIST 5.1391 eV។ បន្ថែមអេឡិចត្រុងមួយទៅក្លរ Cl(g) + e⁻ → Cl⁻(g)៖ −348.6 kJ/mol ពីសម្ព័ន្ធភាពអេឡិចត្រុង 3.6131 eV ក្នុង NIST Chemistry WebBook។ ជាចុងក្រោយ Na⁺(g) + Cl⁻(g) → NaCl(s) បញ្ចេញថាមពលបណ្តាញគ្រីស្តាល់ U។

ប្រតិកម្មរួមគឺ Na(s) + ½ Cl₂(g) → NaCl(s) ដែលមាន ΔH°f = −411.2 kJ/mol។ ដូច្នេះ 107.5 + 121.3 + 495.8 − 348.6 − U = −411.2 ដែលផ្តល់ U = 787.2 kJ/mol។ សូមកត់សម្គាល់ថា អ៊ីយ៉ូដកម្មត្រូវការថាមពលច្រើនជាងអ្វីដែលសម្ព័ន្ធភាពអេឡិចត្រុងផ្តល់មកវិញ។ បើគ្មានថាមពលបណ្តាញគ្រីស្តាល់ធំ ការបង្កើត NaCl ពីធាតុរបស់វានឹងមិនបញ្ចេញកម្តៅទេ។ ថាមពលបណ្តាញគ្រីស្តាល់ដែលបានបោះពុម្ពសម្រាប់ NaCl ខុសគ្នាពីរបីភាគរយ អាស្រ័យលើទិន្នន័យ និងវិធីដែលប្រើ (OpenStax ដកស្រង់ 769 kJ) ដូច្នេះចូរប្រៀបធៀបនិន្នាការ ជាជាងខ្ទង់ចុងក្រោយ។

ការប៉ាន់ស្មានអង់ថាល់ពីប្រតិកម្មពីថាមពលចំណង

សម្រាប់ប្រតិកម្មក្នុងដំណាក់កាលឧស្ម័ន អ្នកអាចប៉ាន់ស្មាន ΔH ដោយរាប់ចំណង៖ ΔH ≈ Σ(ថាមពលនៃចំណងដែលបានផ្តាច់) − Σ(ថាមពលនៃចំណងដែលបានបង្កើត)។ ថាមពលចំណងក្នុងតារាងគឺជាមធ្យមភាគលើម៉ូលេគុលជាច្រើន ដូច្នេះលទ្ធផលគ្រាន់តែជាការប៉ាន់ស្មាន ហើយអាចខុសពីតម្លៃដែលគណនាពីអង់ថាល់ពីបង្កើតរាប់សិបគីឡូហ្ស៊ូល។

ឧទាហរណ៍ដោះស្រាយទី 3។ ប៉ាន់ស្មាន ΔH សម្រាប់ C₂H₄(g) + H₂(g) → C₂H₆(g)។ ចំណង C–H បួនរបស់អេទីឡែននៅដដែល ដូច្នេះមិនបាច់គិតវាទេ។ ចំណងដែលផ្តាច់៖ C=C មួយ (611 kJ/mol) និង H–H មួយ (436 kJ/mol) សរុប 1047 kJ។ ចំណងដែលបង្កើត៖ C–C មួយ (345 kJ/mol) និង C–H ថ្មីពីរ (2 × 415 kJ/mol) សរុប 1175 kJ។ ΔH ≈ 1047 − 1175 = −128 kJ។ តម្លៃពីអង់ថាល់ពីបង្កើត តាមឧបសម្ព័ន្ធ G គឺ −84.0 − 52.4 = −136.4 kJ។ ការប៉ាន់ស្មានមានសញ្ញាត្រឹមត្រូវ ហើយខុសគ្នាប្រហែល 6% ប៉ុណ្ណោះ។

ការយល់ខុសអំពីចំណងដែលត្រូវជៀសវាង

កំហុសភាគច្រើនមកពីការចាត់ទុកការណែនាំប្រហាក់ប្រហែលជាច្បាប់ពិតប្រាកដ ឬពីការលាយឡំទម្លាប់សញ្ញា។ ខាងក្រោមនេះជាកំហុសទូទៅបំផុត។

• ចាត់ទុក ΔEN = 1.8 ជាបន្ទាត់ដាច់ខាតរវាងកូវ៉ាឡង់ និងអ៊ីយ៉ុង។ មាត្រដ្ឋាននេះជាប់គ្នា ហើយសមាសធាតុដូចជា HF និង SiF₄ មិនគោរពច្បាប់នេះទេ។
• ច្រឡំអេឡិចត្រូអវិជ្ជមានជាមួយសម្ព័ន្ធភាពអេឡិចត្រុង។ សម្ព័ន្ធភាពអេឡិចត្រុងគឺជាថាមពលដែលបានវាស់សម្រាប់អាតូមឧស្ម័ន ចំណែកអេឡិចត្រូអវិជ្ជមានពិពណ៌នាអាតូមក្នុងចំណង។
• សន្មតថាអាតូមដែលមានអេឡិចត្រូអវិជ្ជមានខ្លាំងជាង តែងតែជាអលោហៈដែលអ្នករំពឹងទុក។ ពិនិត្យតារាង៖ ក្នុងចំណង B–H និង Si–H អ៊ីដ្រូសែនជាចុងអវិជ្ជមាន។
• បញ្ច្រាសរូបមន្តថាមពលចំណង។ វាគឺចំណងដែលផ្តាច់ដកចំណងដែលបង្កើត ដែលជាលំដាប់ផ្ទុយពីរូបមន្តអង់ថាល់ពីបង្កើត។
• លាយឡំទម្លាប់សញ្ញាថាមពលបណ្តាញគ្រីស្តាល់ក្នុងវដ្តបរន–ហាប៊ឺតែមួយ។
• រាប់ចំណងទ្វេជាចំណងទោលពីរ។ ចំណង C=C (611 kJ/mol) ខ្សោយជាងចំណង C–C ពីរ (690 kJ/mol)។