ພັນທະເຄມີ ແລະ ຄ່າເອເລັກໂຕຣເນກາຕີບ: ຈາກຄູ່ເອເລັກຕຣອນທີ່ໃຊ້ຮ່ວມກັນເຖິງແລດທິດໄອອອນ

ເປັນຫຍັງພັນທະຈຶ່ງເກີດ: ພະລັງງານທຽບກັບໄລຍະຫ່າງ

ອະຕອມໄຮໂດຣເຈນສອງອະຕອມທີ່ຢູ່ຫ່າງກັນບໍ່ມີປະຕິສຳພັນກັນ. ເມື່ອມັນເຂົ້າໃກ້ກັນ, ແຕ່ລະເອເລັກຕຣອນຖືກດຶງດູດໂດຍນິວເຄລຍທັງສອງ, ແລະ ພະລັງງານຫຼຸດລົງ. ເມື່ອໃກ້ກັນຫຼາຍຂຶ້ນອີກ, ນິວເຄລຍທັງສອງຜັກດັນກັນຢ່າງແຮງ ແລະ ພະລັງງານເພີ່ມຂຶ້ນ. ຄວາມຍາວພັນທະແມ່ນໄລຍະຫ່າງທີ່ກົ້ນຂອງບໍ່ພະລັງງານນີ້, 74 pm ສຳລັບ H₂, ແລະ ຄວາມເລິກຂອງບໍ່ແມ່ນພະລັງງານພັນທະ, 436 kJ/mol ສຳລັບ H–H ໃນຕາຕະລາງ 7.2 ຂອງ OpenStax Chemistry 2e.

ທຸກພັນທະເປັນຄວາມສົມດຸນລະຫວ່າງແຮງດຶງດູດ ແລະ ແຮງຜັກ, ສະນັ້ນການທຳລາຍພັນທະຕ້ອງໃຊ້ພະລັງງານສະເໝີ ແລະ ການສ້າງພັນທະປ່ອຍພະລັງງານອອກມາສະເໝີ. ປະຕິກິລິຍາເປັນການຄາຍຄວາມຮ້ອນເມື່ອພັນທະທີ່ສ້າງຂຶ້ນແຂງແຮງກວ່າພັນທະທີ່ຖືກທຳລາຍໂດຍລວມ.

ຄ່າເອເລັກໂຕຣເນກາຕີບ ແລະ ສະເກນຈາກໂຄວາເລນເຖິງໄອອອນ

ຄ່າເອເລັກໂຕຣເນກາຕີບວັດວ່າອະຕອມດຶງດູດເອເລັກຕຣອນທີ່ໃຊ້ຮ່ວມກັນໃນພັນທະແຮງປານໃດ. ສະເກນຂອງພາວລິງເປັນທີ່ນິຍົມທີ່ສຸດ. ມັນເປັນຕົວເລກທີ່ຄິດໄລ່ມາ ແລະ ບໍ່ມີຫົວໜ່ວຍ, ບໍ່ແມ່ນສົມບັດທີ່ວັດໄດ້. ໃນຮູບ 7.6 ຂອງ OpenStax, ຟລູອໍຣີນສູງທີ່ສຸດທີ່ 4.0, ຕາມດ້ວຍອົກຊິເຈນທີ່ 3.5 ແລະ ໄນໂຕຣເຈນ ແລະ ຄລໍຣີນທີ່ 3.0, ແລະ ໂລຫະໝູ່ 1 ຕ່ຳທີ່ສຸດ, ເຊັ່ນ ໂຊດຽມທີ່ 0.9. ຄ່າເພີ່ມຂຶ້ນຕະຫຼອດຄາບ ແລະ ຫຼຸດລົງເມື່ອລົງໄປຕາມໝູ່.

ຄວາມແຕກຕ່າງ ΔEN ລະຫວ່າງສອງອະຕອມທີ່ສ້າງພັນທະກັນບອກປະເພດພັນທະໂດຍປະມານ. OpenStax ໃຊ້ເສັ້ນແບ່ງແນວທາງເຫຼົ່ານີ້: ຕ່ຳກວ່າ 0.4, ໂຄວາເລນບໍ່ມີຂົ້ວ; 0.4 ເຖິງ 1.8, ໂຄວາເລນມີຂົ້ວ; ສູງກວ່າ 1.8, ໄອອອນ. ອະຕອມທີ່ມີຄ່າເອເລັກໂຕຣເນກາຕີບສູງກວ່າມີປະຈຸລົບບາງສ່ວນ, δ−.

ເສັ້ນແບ່ງເຫຼົ່ານີ້ເປັນແນວທາງທີ່ມີຂໍ້ຍົກເວັ້ນແທ້ຈິງ. HF ມີ ΔEN = 1.9 ແຕ່ເປັນໂມເລກຸນໂຄວາເລນ, ແລະ SiF₄, ທີ່ມີ ΔEN = 2.2 ສຳລັບແຕ່ລະພັນທະ Si–F, ເປັນແກັສໂມເລກຸນ. ໃຊ້ ΔEN ເພື່ອປຽບທຽບພັນທະ, ບໍ່ແມ່ນເພື່ອຈັດປະເພດສານປະກອບຢ່າງແນ່ນອນ.

ຕົວຢ່າງທີ່ແກ້ແລ້ວ: ການຈັດລຳດັບຫົກພັນທະຕາມຂົ້ວ

ຈັດລຳດັບ B–H, C–Br, N–O, P–Cl, Al–Cl ແລະ K–Br ຈາກມີຂົ້ວໜ້ອຍທີ່ສຸດຫາຫຼາຍທີ່ສຸດ, ໂດຍໃຊ້ຄ່າພາວລິງແບບເກົ່າໃນຮູບ 7.6 ຂອງ 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 ແລະ K 0.8.

ຄວາມແຕກຕ່າງແມ່ນ B–H 0.1, C–Br 0.3, N–O 0.5, P–Cl 0.9, Al–Cl 1.5 ແລະ K–Br 2.0, ເຊິ່ງກໍຄືລຳດັບ. ມີສອງຜົນທີ່ເຮັດໃຫ້ນັກຮຽນຫຼາຍຄົນແປກໃຈ. ໃນ B–H, ໄຮໂດຣເຈນເປັນປາຍລົບ, ເພາະໂບຣອນມີຄ່າເອເລັກໂຕຣເນກາຕີບຕ່ຳກວ່າໄຮໂດຣເຈນ. ແລະ K–Br ຕົກຢູ່ໃນຊ່ວງໄອອອນ, ສອດຄ່ອງກັບການທີ່ໂພແທສຊຽມໂບຣໄມດ໌ເປັນຂອງແຂງໄອອອນ, ໃນຂະນະທີ່ Al–Cl ຢູ່ໃກ້ເທິງສຸດຂອງຊ່ວງໂຄວາເລນມີຂົ້ວ; ອາລູມີນຽມຄລໍໄຣດ໌ຖືກອະທິບາຍວ່າເປັນໄອອອນໃນບາງເຟສ ແລະ ເປັນໂມເລກຸນໃນເຟສອື່ນ.

ໂມເມັນໄດໂພລ ແລະ ເປີເຊັນລັກສະນະໄອອອນ

ພັນທະທີ່ມີຂົ້ວມີໂມເມັນໄດໂພລ μ = Qr, ຄືຂະໜາດຂອງປະຈຸທີ່ແຍກກັນຄູນດ້ວຍໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງປະຈຸ. ໂມເມັນໄດໂພລມັກໃຫ້ເປັນເດບາຍ: 1 D = 3.336 × 10⁻³⁰ C·m. ຖ້າປະຈຸເຕັມຂອງເອເລັກຕຣອນ, 1.602 × 10⁻¹⁹ C, ຖືກຍ້າຍໄປເປັນໄລຍະ 1 Å, ໂມເມັນໄດໂພລຈະເປັນ 4.803 D. ການປຽບທຽບ μ ທີ່ວັດໄດ້ກັບຄ່າໄອອອນສົມບູນນີ້ໃຫ້ເປີເຊັນລັກສະນະໄອອອນໂດຍປະມານ, (μ ທີ່ວັດໄດ້ / μ ໄອອອນສົມບູນ) × 100.

ຕົວຢ່າງທີ່ແກ້ແລ້ວ 1. NIST Chemistry WebBook ລະບຸສຳລັບ H³⁵Cl ໃນເຟສແກັສວ່າ μ = 1.1085 D ແລະ ຄວາມຍາວພັນທະທີ່ສະມະດຸນ 1.27455 Å. H⁺Cl⁻ ທີ່ເປັນໄອອອນສົມບູນທີ່ໄລຍະຫ່າງນັ້ນຈະມີ μ = 4.803 D/Å × 1.27455 Å = 6.122 D. ເປີເຊັນລັກສະນະໄອອອນແມ່ນ 1.1085/6.122 × 100 = 18.1%. ສຳລັບ HF, ດ້ວຍຄ່າຈາກ WebBook μ = 1.82618 D ແລະ r = 0.91680 Å, ຄ່າໄອອອນສົມບູນແມ່ນ 4.404 D ແລະ ລັກສະນະໄອອອນແມ່ນ 41.5%.

ລຳດັບນີ້ສອດຄ່ອງກັບ ΔEN (0.9 ສຳລັບ HCl, 1.9 ສຳລັບ HF), ແຕ່ຕົວເລກສະແດງວ່າເຖິງແມ່ນ ΔEN ທີ່ໃຫຍ່ກໍຍັງຫ່າງໄກຈາກການໂອນປະຈຸສົມບູນ. HF ໃກ້ກັບປາຍໂຄວາເລນຫຼາຍກວ່າທີ່ ΔEN ຂອງມັນຢ່າງດຽວຊີ້ບອກ.

ພະລັງງານແລດທິດ ແລະ ກົດຂອງຄູລອມ

ຂອງແຂງໄອອອນຖືກຍຶດໄວ້ດ້ວຍແຮງດຶງດູດລະຫວ່າງທຸກແຄດໄອອອນ ແລະ ທຸກແອນໄອອອນໃນຜລຶກ. ພະລັງງານແລດທິດຂອງມັນແມ່ນພະລັງງານທີ່ຕ້ອງໃຊ້ເພື່ອແຍກຂອງແຂງໜຶ່ງໂມນອອກເປັນໄອອອນໃນສະພາບແກັສ. OpenStax ນິຍາມມັນເປັນຄ່າບວກ, ແຕ່ປຶ້ມແບບຮຽນບາງເຫຼັ້ມໃຊ້ຂະບວນການກັບກັນ ແລະ ໃຫ້ຄ່າລົບ, ສະນັ້ນໃຫ້ກວດຂໍ້ຕົກລົງເລື່ອງເຄື່ອງໝາຍກ່ອນ.

ຕາມກົດຂອງຄູລອມ, ແຮງດຶງດູດເພີ່ມຂຶ້ນຕາມຜົນຄູນຂອງປະຈຸໄອອອນ ແລະ ຫຼຸດລົງເມື່ອໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງໄອອອນເພີ່ມຂຶ້ນ. ປະຈຸມັກມີອິດທິພົນຫຼາຍກວ່າ. ພາກ 7.5 ຂອງ OpenStax ລະບຸ LiF ທີ່ 1023 kJ/mol ແລະ MgO, ເຊິ່ງໄອອອນມີປະຈຸ 2+ ແລະ 2−, ທີ່ 3900 kJ/mol, ໃຫຍ່ກວ່າເກືອບສີ່ເທົ່າ. ຂະໜາດສຳຄັນຮອງລົງມາ: MgF₂ ແມ່ນ 2957 kJ/mol ແລະ MgI₂ ແມ່ນ 2327 kJ/mol, ເພາະໄອອອນໄອໂອໄດດ໌ທີ່ໃຫຍ່ກວ່າເຮັດໃຫ້ປະຈຸຢູ່ຫ່າງກັນຫຼາຍຂຶ້ນ.

ຕົວຢ່າງທີ່ແກ້ແລ້ວ: ວັດຈັກບໍນ–ຮາເບີສຳລັບໂຊດຽມຄລໍໄຣດ໌

ພະລັງງານແລດທິດບໍ່ສາມາດວັດໂດຍກົງໄດ້, ສະນັ້ນຈຶ່ງຫາມັນດ້ວຍວັດຈັກຕາມກົດຂອງເຮສ. ສ້າງ NaCl(s) ຈາກທາດຂອງມັນຜ່ານເສັ້ນທາງທາງອ້ອມທີ່ທຸກຂັ້ນຕອນວັດໄດ້, ແລ້ວກຳນົດໃຫ້ເສັ້ນທາງນັ້ນໃຫ້ຜົນລວມເທົ່າກັບປະຕິກິລິຍາການເກີດໂດຍກົງ.

ຕົວຢ່າງທີ່ແກ້ແລ້ວ 2. ໃຊ້ຂັ້ນຕອນເຫຼົ່ານີ້. ລະເຫີດໂຊດຽມ, Na(s) → Na(g): +107.5 kJ/mol, ຄື ΔH°f ຂອງ Na(g) ຈາກພາກຜະໜວກ G ຂອງ OpenStax. ສ້າງອະຕອມຄລໍຣີນ, ½ Cl₂(g) → Cl(g): +121.3 kJ/mol, ຄື ΔH°f ຂອງ Cl(g). ເຮັດໃຫ້ໂຊດຽມເປັນໄອອອນ, Na(g) → Na⁺(g) + e⁻: +495.8 kJ/mol, ຈາກຄ່າຂອງ NIST 5.1391 eV. ເພີ່ມເອເລັກຕຣອນໃຫ້ຄລໍຣີນ, Cl(g) + e⁻ → Cl⁻(g): −348.6 kJ/mol, ຈາກສັກກະຍະພາບຮັບເອເລັກຕຣອນ 3.6131 eV ໃນ NIST Chemistry WebBook. ສຸດທ້າຍ, Na⁺(g) + Cl⁻(g) → NaCl(s) ປ່ອຍພະລັງງານແລດທິດ, U.

ປະຕິກິລິຍາລວມແມ່ນ Na(s) + ½ Cl₂(g) → NaCl(s), ທີ່ມີ ΔH°f = −411.2 kJ/mol. ສະນັ້ນ 107.5 + 121.3 + 495.8 − 348.6 − U = −411.2, ເຊິ່ງໃຫ້ U = 787.2 kJ/mol. ສັງເກດວ່າການເຮັດໃຫ້ເປັນໄອອອນໃຊ້ພະລັງງານຫຼາຍກວ່າທີ່ສັກກະຍະພາບຮັບເອເລັກຕຣອນຄືນໃຫ້. ຖ້າບໍ່ມີພະລັງງານແລດທິດທີ່ໃຫຍ່, ການເກີດ NaCl ຈາກທາດຂອງມັນຈະບໍ່ເປັນການຄາຍຄວາມຮ້ອນ. ພະລັງງານແລດທິດຂອງ NaCl ທີ່ເຜີຍແຜ່ແຕກຕ່າງກັນບໍ່ເທົ່າໃດເປີເຊັນຕາມຂໍ້ມູນ ແລະ ວິທີທີ່ໃຊ້ (OpenStax ອ້າງ 769 kJ), ສະນັ້ນໃຫ້ປຽບທຽບແນວໂນ້ມແທນທີ່ຈະເປັນຕົວເລກສຸດທ້າຍ.

ການປະມານເອນທາລປີຂອງປະຕິກິລິຍາຈາກພະລັງງານພັນທະ

ສຳລັບປະຕິກິລິຍາໃນເຟສແກັສ, ທ່ານສາມາດປະມານ ΔH ໂດຍການນັບພັນທະ: ΔH ≈ Σ(ພະລັງງານຂອງພັນທະທີ່ຖືກທຳລາຍ) − Σ(ພະລັງງານຂອງພັນທະທີ່ສ້າງຂຶ້ນ). ພະລັງງານພັນທະໃນຕາຕະລາງເປັນຄ່າສະເລ່ຍຈາກຫຼາຍໂມເລກຸນ, ສະນັ້ນຜົນທີ່ໄດ້ເປັນພຽງການປະມານ ແລະ ອາດຄາດເຄື່ອນຈາກຄ່າທີ່ໄດ້ຈາກເອນທາລປີຂອງການເກີດເປັນສິບໆກິໂລຈູນ.

ຕົວຢ່າງທີ່ແກ້ແລ້ວ 3. ປະມານ ΔH ສຳລັບ C₂H₄(g) + H₂(g) → C₂H₆(g). ພັນທະ C–H ສີ່ພັນທະຂອງເອທິລີນຍັງຢູ່, ສະນັ້ນບໍ່ຕ້ອງນັບ. ທີ່ຖືກທຳລາຍ: C=C ໜຶ່ງພັນທະ (611 kJ/mol) ແລະ H–H ໜຶ່ງພັນທະ (436 kJ/mol), ລວມ 1047 kJ. ທີ່ສ້າງຂຶ້ນ: C–C ໜຶ່ງພັນທະ (345 kJ/mol) ແລະ C–H ໃໝ່ສອງພັນທະ (2 × 415 kJ/mol), ລວມ 1175 kJ. ΔH ≈ 1047 − 1175 = −128 kJ. ຄ່າຈາກເອນທາລປີຂອງການເກີດ, ຈາກພາກຜະໜວກ G, ແມ່ນ −84.0 − 52.4 = −136.4 kJ. ຄ່າປະມານມີເຄື່ອງໝາຍຖືກຕ້ອງ ແລະ ຢູ່ພາຍໃນປະມານ 6%.

ຄວາມເຂົ້າໃຈຜິດເລື່ອງພັນທະທີ່ຄວນຫຼີກເວັ້ນ

ຂໍ້ຜິດພາດສ່ວນໃຫຍ່ມາຈາກການຖືແນວທາງຄ່າວໆເປັນກົດທີ່ແນ່ນອນ ຫຼື ຈາກການປົນຂໍ້ຕົກລົງເລື່ອງເຄື່ອງໝາຍ. ນີ້ແມ່ນຂໍ້ຜິດພາດທີ່ພົບເລື້ອຍທີ່ສຸດ.

• ຖື ΔEN = 1.8 ເປັນເສັ້ນແບ່ງທີ່ຄົມຊັດລະຫວ່າງໂຄວາເລນ ແລະ ໄອອອນ. ສະເກນນີ້ຕໍ່ເນື່ອງ, ແລະ ສານປະກອບເຊັ່ນ HF ແລະ SiF₄ ບໍ່ເປັນໄປຕາມກົດນີ້.
• ສັບສົນຄ່າເອເລັກໂຕຣເນກາຕີບກັບສັກກະຍະພາບຮັບເອເລັກຕຣອນ. ສັກກະຍະພາບຮັບເອເລັກຕຣອນເປັນພະລັງງານທີ່ວັດໄດ້ຂອງອະຕອມໃນສະພາບແກັສ; ຄ່າເອເລັກໂຕຣເນກາຕີບອະທິບາຍອະຕອມທີ່ຢູ່ໃນພັນທະ.
• ສົມມຸດວ່າອະຕອມທີ່ມີຄ່າເອເລັກໂຕຣເນກາຕີບສູງກວ່າເປັນອະໂລຫະທີ່ທ່ານຄາດໄວ້ສະເໝີ. ໃຫ້ກວດຕາຕະລາງ: ໃນພັນທະ B–H ແລະ Si–H, ໄຮໂດຣເຈນເປັນປາຍລົບ.
• ກັບສູດພະລັງງານພັນທະ. ມັນແມ່ນພັນທະທີ່ຖືກທຳລາຍລົບພັນທະທີ່ສ້າງຂຶ້ນ, ເຊິ່ງເປັນລຳດັບກົງກັນຂ້າມກັບສູດເອນທາລປີຂອງການເກີດ.
• ປົນຂໍ້ຕົກລົງເລື່ອງເຄື່ອງໝາຍຂອງພະລັງງານແລດທິດພາຍໃນວັດຈັກບໍນ–ຮາເບີດຽວກັນ.
• ນັບພັນທະຄູ່ເປັນສອງພັນທະດຽວ. ພັນທະ C=C (611 kJ/mol) ອ່ອນກວ່າສອງພັນທະ C–C (690 kJ/mol).