Xoogagga u dhexeeya molekiyuullada: dhibicda karkarka, cadaadiska uumiga iyo milmitaanka

Isjiidashada u dhexeysa molekiyuullada, ma aha xidhiidhada dhexdooda

Xidhiidhada covalent waxay isku haystaan atamyada molekiyuul. Xoogagga u dhexeeya molekiyuullada (IMFs) waa isjiidashada aad u daciifka ah ee u dhexeeya molekiyuullo gooni ah, waana waxa laga adkaado marka dareere karkaro ama walax adag dhalaasho. Marka biyuhu karkaraan, gaaska samaysma weli wuxuu ka kooban yahay molekiyuullo H₂O ah; xidhiidh O–H ah ma jabo. Isjiidashada u dhexeysa molekiyuullada deriska ah oo keliya ayaa la carqaladeeyaa.

Sababtoo ah xoogagganu waxay maamulaan sida xooggan ee molekiyuulladu isku dhegaan, waxay wada xakameeyaan koox astaamo jidheed ah. IMFs xoog badan guud ahaan waxay ka dhigan yihiin dhibic karkar oo sarreysa, enthalpy uumi-bax oo sarreysa, cadaadis uumi oo hooseeya heerkul la bixiyey, badanaana dhegmo iyo xajin dusha sare oo sarreeya. Haddii aad kala saari karto IMFs, badanaa waxaad kala saari kartaa dhammaan kuwan isla mar.

Xoogagga dispersion ee London ee walax kasta

Xoogagga dispersion-ku waxay ka yimaadaan sababtoo ah qaybinta elektaroonku way isbeddelaa. Daqiiqad kasta elektaroonnada molekiyuul waxay noqon karaan kuwo wax yar aan sinnayn, iyagoo abuuraya laba-cirif ku-meel-gaar ah oo dhiibta laba-cirif u dhigma deris. Labadu waxay isjiidaan muddo gaaban, qaabkuna wuxuu is-celceliyaa dareeraha oo dhan. Atam iyo molekiyuul kasta waxay la kulmaan xoogagga dispersion, ha ahaadeen laba-cirif ama ma aha.

Xoogga dispersion-ku wuxuu ku xiran yahay polarizability, taasoo ah sida fudud ee daruurta elektaroonka loo qalloociyo. Molekiyuullada waaweyn ee elektaroonno badan leh waa polarizable badan yihiin, sidaa darteed xoogagga dispersion-ku guud ahaan waxay kordhaan culeyska molarka qoys isku-dhisyo isku mid ah dhexdooda. Qaabku sidoo kale wuu muhiim yahay: molekiyuullada dhaadheer, fidsan waxay leeyihiin dusha badan oo la xidhiidha deriskooda marka loo eego kuwa cufan, laamaha leh ee isla qaacidada leh, sidaa darteed way isjiidaan si ka xooggan.

Ha dhimin dispersion. Molekiyuullada waaweyn, badanaa waa saamaynta ugu weyn ee isjiidashada guud, xitaa marka molekiyuulku uu sidoo kale laba-cirif yahay.

Isjiidashada laba-cirif–laba-cirif iyo xidhiidhka hydrogen

Molekiyuullada laba-cirifka ahi waxay leeyihiin laba-cirifyo joogto ah, sidaa darteed dareere ku jira waxay u janjeeraan inay isu jihaystaan cirifka togan ee qayb ahaaneed ee hal molekiyuul oo agtiisa ah cirifka taban ee qayb ahaaneed ee mid kale. Isjiidashadan laba-cirif–laba-cirif waxay ku daraysaa xoogagga dispersion ee had iyo jeer jira. Go'aaminta haddii molekiyuul uu laba-cirif yahay waxay u baahan tahay laba-cirifnimada xidhiidhadiisa iyo qaabkiisa labadaba.

Xidhiidhka hydrogen waa isjiidasho laba-cirif–laba-cirif oo aad u xooggan. Waxay u baahan tahay atam hydrogen ah oo covalent ugu xidhan nitrogen, oksijiin ama fluorine (bixiyaha) iyo lammaane keli ah oo atam N, O ama F u dhow (aqbalaha). Xidhiidhka N–H, O–H ama F–H ee aad u laba-cirifka ahi wuxuu atamka yar ee hydrogen u ka tagaa dallacaad togan oo qayb ahaaneed oo weyn oo si dhow u gaari karta lammaanaha keli ah ee aqbalaha.

Molekiyuul wuxuu noqon karaa aqbale iyada oo aan bixiye ahayn. Acetone, (CH₃)₂CO, wuxuu leeyahay lammaane keli ah oksijiinta laakiin hydrogen-kiisa oo dhan waxay ku xidhan yihiin kaarboon, sidaa darteed molekiyuullada acetone isma xidhi karaan xidhiidh hydrogen. Hase yeeshee, waxay aqbali karaan xidhiidhada hydrogen ee biyaha, taasoo ah hal sabab oo acetone ugu milmo biyaha saamiyo kasta.

Xoogagga ayoon–laba-cirif iyo milidda walxaha ayoonka adag

Marka walax adag oo ayoon ah ay ku milmanto biyo, ayoon kastaa waxaa ku wareegsan molekiyuullo biyo ah oo isaga u jihaysan: cirifyada oksijiinta ee qayb ahaan taban way wajahaan kaatayoonnada, cirifyada hydrogen ee qayb ahaan togan-na way wajahaan anayoonnada. Isjiidashadan ayoon–laba-cirif waxay sii daysaa tamar ku filan oo ay ku dheelitirto inta badan tamarta loo baahan yahay in ayoonnada looga kala saaro kristaalka. Isjiidashadu waa ka xoog badan tahay ayoonnada dallacaad sare iyo cabbir yar leh.

Xoogagga ayoon–laba-cirif waxay sharxayaan sababta potassium bromide ugu milmo si fudud biyaha laakiin aan ugu milmin hexane, kaas oo aan lahayn laba-cirif ayoonnada soo jiita. Xeerka guud ee "wax is-mid ah ayaa is-milma" wuxuu tan soo koobaa: walxuhu waxay ugu fiican milmaan milmayaasha xoogagga u dhexeeya molekiyuullada ay la mid yihiin kuwooda. Iodine, molekiyuul aan laba-cirif ahayn, wuxuu si fiican ugu milmaa hexane, halkaas oo xoogagga dispersion ee u dhexeeya walaxda la milay iyo milmaha ay la mid yihiin kuwa ku jira walax saafi ah kasta.

Tusaale la xaliyey: saddex dareere oo ku dhawaad isla culeys molar leh

Kala sarey butane (CH₃CH₂CH₂CH₃), acetone ((CH₃)₂CO) iyo 1-propanol (CH₃CH₂CH₂OH) dhibicda karkarka. Marka hore barbar dhig culeysyada molarka, adigoo isticmaalaya culeysyada atamka caadiga ah ee IUPAC oo loo dhoweeyey laba meelood oo tobanle (H 1.01, C 12.01, O 16.00 g/mol). Butane, C₄H₁₀: 4(12.01) + 10(1.01) = 58.14 g/mol. Acetone, C₃H₆O: 3(12.01) + 6(1.01) + 16.00 = 58.09 g/mol. 1-Propanol, C₃H₈O: 3(12.01) + 8(1.01) + 16.00 = 60.11 g/mol. Culeysyadu waxay ku kala duwan yihiin wax ka yar 4%, sidaa darteed xoogagga dispersion-ku waa inay noqdaan qiyaastii isku mid, kala duwanaanshaha-na wuxuu ka imaan doonaa laba-cirifnimada.

Kadib kala saar xoogagga. Butane wuxuu ka kooban yahay xidhiidhada C–C iyo C–H oo keliya wuxuuna asal ahaan yahay mid aan laba-cirif ahayn, sidaa darteed wuxuu leeyahay xoogagga dispersion oo keliya. Acetone wuxuu leeyahay xidhiidh C=O ah oo laba-cirif ah oo ku jira habayn saddex-gees fidsan oo aan is-baabi'in, sidaa darteed wuxuu ku daraa xoogagga laba-cirif–laba-cirif, laakiin ma laha xidhiidh O–H mana bixin karo xidhiidhada hydrogen. 1-Propanol wuxuu leeyahay koox O–H ah, sidaa darteed wuxuu ku daraa xidhiidhka hydrogen. Saadaalinta waa butane < acetone < 1-propanol.

NIST Chemistry WebBook waxay taxdaa dhibcaha karkarka caadiga ah ee qiyaastii 273 K (0 °C) butane, 329.3 K (56.2 °C) acetone iyo 370.3 K (97.2 °C) 1-propanol, iyadoo la beddelayo T(°C) = T(K) − 273.15. Nidaamku wuxuu waafaqsan yahay saadaalinta. Isla macquulnimadaas ayaa kala sarrayn cadaadiska uumiga heerkulka qolka nidaam rogan: butane waa gaas 25 °C, acetone si degdeg ah ayuu u uumi-baxaa, 1-propanol-na si gaabis ah ayuu u uumi-baxaa.

Tusaale la xaliyey: marka cabbirka molekiyuulku ka culus yahay laba-cirif

Hadda barbar dhig diethyl ether ((C₂H₅)₂O), 1-butanol (CH₃CH₂CH₂CH₂OH) iyo hexane (C₆H₁₄). Diethyl ether iyo 1-butanol waa isomer-yo, labaduba C₄H₁₀O: 4(12.01) + 10(1.01) + 16.00 = 74.14 g/mol. Hexane wuu ka culus yahay: 6(12.01) + 14(1.01) = 86.20 g/mol. Diethyl ether waa laba-cirif laakiin ma laha xidhiidh O–H, 1-butanol wuxuu samayn karaa xidhiidh hydrogen, hexane-na ma aha laba-cirif.

Labada isomer dhexdooda, xidhiidhka hydrogen ayaa go'aamiya: 1-butanol waa inuu aad uga karkaraa diethyl ether. Hexane waa kiis tusaale ah. Doodda laba-cirifnimada oo keliya waxay dhigi lahayd mid ugu dambeeya, laakiin hexane wuu ka weyn yahay, wuxuu leeyahay elektaroonno badan wuxuuna yahay silsilad fidsan, sidaa darteed xoogagga dispersion-keeda waa ka weyn yihiin dispersion-ka ether-ka iyo isjiidashadiisa daciifka ah ee laba-cirif–laba-cirif.

Qiimayaasha NIST way xaqiijiyaan tan: diethyl ether 307.7 K (34.6 °C), hexane 341.9 K (68.8 °C) iyo 1-butanol 390.6 K (qiyaastii 117 °C). Casharku waa in barbar dhigga laba-cirifnimada ay ugu badbaado badan tahay molekiyuullada cabbir isku mid ah leh. Marka cabbirradu aad u kala duwan yihiin, marka hore tixgeli dispersion, kadibna weydii haddii laba-cirif ama xidhiidh hydrogen uu ku xoog badan yahay inuu burburiyo. Milmitaanku sidoo kale wuxuu raacaa xoogagga: hexane asal ahaan biyaha kuma milmo, halka 1-butanol, oo la samayn kara xidhiidh hydrogen biyaha, qayb ahaan ay milmaan.

Khaladaadka laga fogaado marka la barbar dhigayo xoogagga u dhexeeya molekiyuullada

Kahor kala-sarayn, taxay xoog kasta oo walax kasta leedahay halkii kan ugu xoogga badan oo keliya, oo qor culeysyada molarka. Tani waxay ka hortagtaa khaladka ugu badan, kaas oo ah barbar dhigga calaamado sida "laba-cirif" iyo "aan laba-cirif ahayn" oo keliya iyada oo cabbirka la iska indha tirayo.

Khaladaadka hoose waxay soo noqnoqdaan sharaxaadaha dhibicda karkarka iyo milmitaanka.

• Odhanshaha karkarku wuxuu jebiyaa xidhiidhada covalent. Karkarku wuxuu kala saaraa molekiyuullada; molekiyuulladu way buuxaan.
• Sheegashada xidhiidh hydrogen molekiyuul kasta oo hydrogen ku jira. Hydrogen-ku waa inuu ku xidhan yahay N, O ama F.
• U aqoonsiga walxaha aan laba-cirifka ahayn inay lahayn xoogag u dhexeeya molekiyuullada. Walxaha oo dhan waxay leeyihiin xoogagga dispersion.
• Kala sarayn molekiyuullo aad u kala cabbir duwan adigoo isticmaalaya laba-cirifnimada oo keliya, sida tusaalaha hexane muujiyo.
• Rogidda isbeddelka cadaadiska uumiga. IMFs xooggan waxay ka dhigan yihiin cadaadis uumi oo hooseeya iyo dhibic karkar oo sarreysa.
• U aqoonsiga "wax is-mid ah ayaa is-milma" sida sharci halkii ay ahayd xeer gacan-ku-qiyaas ah. Milmitaanku wuxuu sidoo kale ku xiran yahay entropy iyo heerkul.