வேதிப் பிணைப்பும் மின்னெதிர்த்தன்மையும்: பகிரப்பட்ட இணைகளிலிருந்து அயனிப் படிகக்கூடுகள் வரை

பிணைப்பு ஏன் உருவாகிறது: தொலைவுக்கு எதிரான ஆற்றல்

வெகு தொலைவில் உள்ள இரண்டு ஹைட்ரஜன் அணுக்கள் ஒன்றோடொன்று இடைவினை புரிவதில்லை. அவை நெருங்கும்போது, ஒவ்வோர் எலக்ட்ரானும் இரு அணுக்கருக்களாலும் கவரப்பட்டு, ஆற்றல் குறைகிறது. இன்னும் நெருங்கினால், இரு அணுக்கருக்களும் ஒன்றையொன்று வலுவாக விலக்கி, ஆற்றல் உயர்கிறது. பிணைப்பு நீளம் என்பது இந்த ஆற்றல் குழியின் அடியில் உள்ள தொலைவு, H₂-க்கு 74 pm; குழியின் ஆழமே பிணைப்பு ஆற்றல், OpenStax Chemistry 2e அட்டவணை 7.2-இல் H–H-க்கு 436 kJ/mol.

ஒவ்வொரு பிணைப்பும் கவர்ச்சிக்கும் விலக்கத்துக்கும் இடையிலான சமநிலை; எனவே பிணைப்பை உடைப்பதற்கு எப்போதும் ஆற்றல் செலவாகிறது, பிணைப்பை உருவாக்குவது எப்போதும் ஆற்றலை வெளியிடுகிறது. உருவாகும் பிணைப்புகள் ஒட்டுமொத்தமாக உடைக்கப்படும் பிணைப்புகளை விட வலிமையானவையாக இருக்கும்போது வினை வெப்பம் உமிழ்வதாக இருக்கிறது.

மின்னெதிர்த்தன்மையும் சகப்பிணைப்பிலிருந்து அயனிப் பிணைப்பு வரையிலான அளவுகோலும்

ஒரு பிணைப்பில் பகிரப்பட்ட எலக்ட்ரான்களை ஓர் அணு எவ்வளவு வலுவாகக் கவர்கிறது என்பதை மின்னெதிர்த்தன்மை அளவிடுகிறது. பாலிங் அளவுகோலே மிகவும் பொதுவானது. அது பரிமாணமற்ற, கணக்கிடப்பட்ட எண்; அளவிடப்பட்ட பண்பு அல்ல. OpenStax படம் 7.6-இல், புளோரின் 4.0 உடன் மிக உயர்ந்தது; அதைத் தொடர்ந்து ஆக்சிஜன் 3.5, நைட்ரஜனும் குளோரினும் 3.0; தொகுதி 1 உலோகங்கள் மிகக் குறைந்தவை, எடுத்துக்காட்டாக சோடியம் 0.9. மதிப்புகள் ஒரு தொடரில் குறுக்காக உயர்கின்றன, ஒரு தொகுதியில் கீழ்நோக்கிக் குறைகின்றன.

பிணைந்துள்ள இரண்டு அணுக்களுக்கு இடையிலான வேறுபாடு ΔEN தோராயமான பிணைப்பு வகையைத் தருகிறது. OpenStax இந்த வழிகாட்டு வரம்புகளைப் பயன்படுத்துகிறது: 0.4-க்குக் கீழ், முனைவற்ற சகப்பிணைப்பு; 0.4 முதல் 1.8 வரை, முனைவுள்ள சகப்பிணைப்பு; 1.8-க்கு மேல், அயனிப் பிணைப்பு. அதிக மின்னெதிர்த்தன்மை கொண்ட அணு பகுதி எதிர் மின்னூட்டம் δ−-ஐக் கொண்டுள்ளது.

இந்த வரம்புகள் உண்மையான விதிவிலக்குகள் கொண்ட வழிகாட்டுதல்கள். HF-க்கு ΔEN = 1.9, ஆனால் அது சகப்பிணைப்பு மூலக்கூறு; ஒவ்வொரு Si–F பிணைப்புக்கும் ΔEN = 2.2 கொண்ட SiF₄ ஒரு மூலக்கூறு வாயு. பிணைப்புகளை ஒப்பிட ΔEN-ஐப் பயன்படுத்துங்கள், ஒரு சேர்மத்தை உறுதியாக வகைப்படுத்த அல்ல.

தீர்த்த எடுத்துக்காட்டு: ஆறு பிணைப்புகளை முனைவுத்தன்மையின்படி வரிசைப்படுத்துதல்

OpenStax படம் 7.6-இல் உள்ள பழைய பாலிங் மதிப்புகளைப் பயன்படுத்தி, B–H, C–Br, N–O, P–Cl, Al–Cl, K–Br ஆகியவற்றை மிகக் குறைந்த முனைவிலிருந்து மிக அதிக முனைவு வரை வரிசைப்படுத்துங்கள்: 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, K 0.8.

வேறுபாடுகள் B–H 0.1, C–Br 0.3, N–O 0.5, P–Cl 0.9, Al–Cl 1.5, K–Br 2.0; இதுவே வரிசை. இரண்டு முடிவுகள் பல மாணவர்களை வியப்படையச் செய்கின்றன. B–H-இல், போரான் ஹைட்ரஜனை விடக் குறைந்த மின்னெதிர்த்தன்மை கொண்டதால், ஹைட்ரஜன் எதிர் முனையாக உள்ளது. மேலும் K–Br அயனி வரம்பில் விழுகிறது, இது பொட்டாசியம் புரோமைடு ஓர் அயனித் திண்மம் என்பதுடன் ஒத்துப்போகிறது; Al–Cl முனைவுள்ள சகப்பிணைப்பு வரம்பின் மேல் பகுதிக்கு அருகில் உள்ளது; அலுமினியம் குளோரைடு சில நிலைகளில் அயனிச் சேர்மமாகவும் பிறவற்றில் மூலக்கூறுச் சேர்மமாகவும் விவரிக்கப்படுகிறது.

இருமுனைத் திருப்புத்திறன்களும் சதவீத அயனித் தன்மையும்

முனைவுள்ள பிணைப்புக்கு இருமுனைத் திருப்புத்திறன் μ = Qr உண்டு; இது பிரிக்கப்பட்ட மின்னூட்டத்தின் அளவு பெருக்கல் மின்னூட்டங்களுக்கு இடையிலான தொலைவு. இருமுனைத் திருப்புத்திறன்கள் பொதுவாக டிபைகளில் தரப்படுகின்றன: 1 D = 3.336 × 10⁻³⁰ C·m. ஓர் எலக்ட்ரானின் முழு மின்னூட்டம், 1.602 × 10⁻¹⁹ C, 1 Å தொலைவுக்கு நகர்த்தப்பட்டால், இருமுனைத் திருப்புத்திறன் 4.803 D ஆக இருக்கும். அளவிடப்பட்ட μ-ஐ இந்த முழு அயனி மதிப்புடன் ஒப்பிட்டால் தோராயமான சதவீத அயனித் தன்மை கிடைக்கிறது: (அளவிடப்பட்ட μ / முழு அயனி μ) × 100.

தீர்த்த எடுத்துக்காட்டு 1. வாயு நிலை H³⁵Cl-க்கு NIST Chemistry WebBook μ = 1.1085 D எனவும், சமநிலைப் பிணைப்பு நீளம் 1.27455 Å எனவும் பட்டியலிடுகிறது. அதே தொலைவில் உள்ள முழு அயனி H⁺Cl⁻-க்கு μ = 4.803 D/Å × 1.27455 Å = 6.122 D. சதவீத அயனித் தன்மை 1.1085/6.122 × 100 = 18.1%. WebBook மதிப்புகள் μ = 1.82618 D, r = 0.91680 Å கொண்ட HF-க்கு, முழு அயனி மதிப்பு 4.404 D, அயனித் தன்மை 41.5%.

இந்த வரிசை ΔEN-உடன் (HCl-க்கு 0.9, HF-க்கு 1.9) ஒத்துப்போகிறது; ஆனால் பெரிய ΔEN கூட முழுமையான மின்னூட்டப் பரிமாற்றத்திலிருந்து எவ்வளவு தொலைவில் உள்ளது என்பதை எண்கள் காட்டுகின்றன. HF அதன் ΔEN மட்டும் சுட்டுவதை விடச் சகப்பிணைப்பு முனைக்கு நெருக்கமாக உள்ளது.

படிகக்கூடு ஆற்றலும் கூலும் விதியும்

அயனித் திண்மம், படிகத்தில் உள்ள ஒவ்வொரு நேரயனிக்கும் ஒவ்வொரு எதிரயனிக்கும் இடையிலான கவர்ச்சியால் ஒன்றாகப் பிடிக்கப்படுகிறது. அதன் படிகக்கூடு ஆற்றல் என்பது ஒரு மோல் திண்மத்தை வாயு அயனிகளாகப் பிரிக்கத் தேவையான ஆற்றல். OpenStax அதை நேர்மமாக வரையறுக்கிறது; ஆனால் சில பாடநூல்கள் தலைகீழ்ச் செயல்முறையைப் பயன்படுத்தி எதிர்ம மதிப்புகளைத் தருகின்றன; எனவே முதலில் குறி மரபைச் சரிபாருங்கள்.

கூலும் விதிப்படி, அயனி மின்னூட்டங்களின் பெருக்கற்பலனுடன் கவர்ச்சி அதிகரிக்கிறது, அயனிகளுக்கு இடையிலான தொலைவு அதிகரிக்கும்போது குறைகிறது. பொதுவாக மின்னூட்டமே மேலோங்குகிறது. OpenStax பிரிவு 7.5, LiF-ஐ 1023 kJ/mol எனவும், 2+, 2− மின்னூட்டங்கள் கொண்ட அயனிகளுடைய MgO-வை 3900 kJ/mol எனவும், கிட்டத்தட்ட நான்கு மடங்கு பெரியதாகப் பட்டியலிடுகிறது. அடுத்து அளவு முக்கியம்: MgF₂ 2957 kJ/mol, MgI₂ 2327 kJ/mol, ஏனெனில் பெரிய அயோடைடு அயனி மின்னூட்டங்களை அதிகத் தொலைவில் வைக்கிறது.

தீர்த்த எடுத்துக்காட்டு: சோடியம் குளோரைடுக்கான போர்ன்–ஹேபர் சுழற்சி

படிகக்கூடு ஆற்றல்களை நேரடியாக அளவிட முடியாது; எனவே அவை ஹெஸ் விதிச் சுழற்சியால் கண்டறியப்படுகின்றன. எல்லாப் படிகளும் அளவிடக்கூடிய ஒரு மறைமுக வழியில் NaCl(s)-ஐ அதன் தனிமங்களிலிருந்து கட்டுங்கள்; பின்னர் அந்த வழி நேரடி உருவாக்க வினையின் அதே மொத்தத்தைத் தர வேண்டும் என்று கோருங்கள்.

தீர்த்த எடுத்துக்காட்டு 2. இந்தப் படிகளைப் பயன்படுத்துங்கள். சோடியத்தைப் பதங்கமாக்குங்கள், Na(s) → Na(g): +107.5 kJ/mol, OpenStax பின்னிணைப்பு G-இலிருந்து Na(g)-இன் ΔH°f. குளோரின் அணுக்களை உருவாக்குங்கள், ½ Cl₂(g) → Cl(g): +121.3 kJ/mol, Cl(g)-இன் ΔH°f. சோடியத்தை அயனியாக்குங்கள், Na(g) → Na⁺(g) + e⁻: +495.8 kJ/mol, NIST மதிப்பான 5.1391 eV-இலிருந்து. குளோரினுடன் ஓர் எலக்ட்ரானைச் சேருங்கள், Cl(g) + e⁻ → Cl⁻(g): −348.6 kJ/mol, NIST Chemistry WebBook-இல் உள்ள 3.6131 eV எலக்ட்ரான் நாட்டத்திலிருந்து. இறுதியாக, Na⁺(g) + Cl⁻(g) → NaCl(s) படிகக்கூடு ஆற்றல் U-ஐ வெளியிடுகிறது.

ஒட்டுமொத்த வினை Na(s) + ½ Cl₂(g) → NaCl(s), ΔH°f = −411.2 kJ/mol. எனவே 107.5 + 121.3 + 495.8 − 348.6 − U = −411.2; இது U = 787.2 kJ/mol எனத் தருகிறது. எலக்ட்ரான் நாட்டம் திருப்பித் தருவதை விட அயனியாக்கத்துக்கு அதிக ஆற்றல் செலவாகிறது என்பதைக் கவனியுங்கள். பெரிய படிகக்கூடு ஆற்றல் இல்லாவிட்டால், தனிமங்களிலிருந்து NaCl உருவாவது வெப்பம் உமிழ்வதாக இருக்காது. NaCl-க்கான வெளியிடப்பட்ட படிகக்கூடு ஆற்றல்கள் பயன்படுத்தப்படும் தரவு, முறையைப் பொறுத்துச் சில சதவீதம் வேறுபடுகின்றன (OpenStax 769 kJ எனக் குறிப்பிடுகிறது); எனவே கடைசி இலக்கங்களை அல்ல, போக்குகளை ஒப்பிடுங்கள்.

பிணைப்பு ஆற்றல்களிலிருந்து வினை என்தால்பியை மதிப்பிடுதல்

வாயு நிலை வினைகளுக்கு, பிணைப்புகளை எண்ணி ΔH-ஐ மதிப்பிடலாம்: ΔH ≈ Σ(உடைக்கப்படும் பிணைப்புகளின் ஆற்றல்கள்) − Σ(உருவாகும் பிணைப்புகளின் ஆற்றல்கள்). அட்டவணைப்படுத்தப்பட்ட பிணைப்பு ஆற்றல்கள் பல மூலக்கூறுகளின் சராசரிகள்; எனவே முடிவு ஒரு மதிப்பீடு மட்டுமே, உருவாக்க என்தால்பிகளிலிருந்து பெறும் மதிப்பிலிருந்து பத்துக்கணக்கான கிலோஜூல்கள் விலகலாம்.

தீர்த்த எடுத்துக்காட்டு 3. C₂H₄(g) + H₂(g) → C₂H₆(g)-க்கான ΔH-ஐ மதிப்பிடுங்கள். எத்திலீனின் நான்கு C–H பிணைப்புகள் அப்படியே இருக்கின்றன; எனவே அவற்றைப் புறக்கணியுங்கள். உடைக்கப்படுபவை: ஒரு C=C (611 kJ/mol), ஒரு H–H (436 kJ/mol), மொத்தம் 1047 kJ. உருவாகுபவை: ஒரு C–C (345 kJ/mol), இரண்டு புதிய C–H (2 × 415 kJ/mol), மொத்தம் 1175 kJ. ΔH ≈ 1047 − 1175 = −128 kJ. பின்னிணைப்பு G-இலிருந்து உருவாக்க என்தால்பி மதிப்பு −84.0 − 52.4 = −136.4 kJ. மதிப்பீட்டின் குறி சரியானது; அது ஏறத்தாழ 6%-க்குள் உள்ளது.

தவிர்க்க வேண்டிய பிணைப்புத் தவறான கருத்துகள்

பெரும்பாலான பிழைகள் தோராயமான வழிகாட்டுதல்களைத் துல்லியமான விதிகளாகக் கருதுவதாலோ குறி மரபுகளைக் கலப்பதாலோ வருகின்றன. மிகவும் பொதுவானவை இவை.

• ΔEN = 1.8-ஐச் சகப்பிணைப்புக்கும் அயனிப் பிணைப்புக்கும் இடையிலான கூர்மையான கோடாகக் கருதுதல். அளவுகோல் தொடர்ச்சியானது; HF, SiF₄ போன்ற சேர்மங்கள் இந்த விதியை மீறுகின்றன.
• மின்னெதிர்த்தன்மையை எலக்ட்ரான் நாட்டத்துடன் குழப்புதல். எலக்ட்ரான் நாட்டம் என்பது வாயு அணுவுக்கான அளவிடப்பட்ட ஆற்றல்; மின்னெதிர்த்தன்மை பிணைப்பில் உள்ள அணுவை விவரிக்கிறது.
• அதிக மின்னெதிர்த்தன்மை கொண்ட அணு எப்போதும் நீங்கள் எதிர்பார்க்கும் அலோகமே என்று கருதுதல். அட்டவணையைச் சரிபாருங்கள்: B–H, Si–H பிணைப்புகளில் ஹைட்ரஜனே எதிர் முனை.
• பிணைப்பு ஆற்றல் சூத்திரத்தைத் தலைகீழாக்குதல். அது உடைக்கப்படும் பிணைப்புகள் கழித்தல் உருவாகும் பிணைப்புகள்; உருவாக்க என்தால்பி சூத்திரத்துக்கு எதிர் வரிசை.
• ஒரே போர்ன்–ஹேபர் சுழற்சிக்குள் படிகக்கூடு ஆற்றல் குறி மரபுகளைக் கலத்தல்.
• இரட்டைப் பிணைப்பை இரண்டு ஒற்றைப் பிணைப்புகளாக எண்ணுதல். ஒரு C=C பிணைப்பு (611 kJ/mol) இரண்டு C–C பிணைப்புகளை (690 kJ/mol) விட வலிமை குறைந்தது.