Ìsopọ̀ Kẹ́míkà àti Ẹlẹ́ktrọ́nẹ́gátívíìtì: Láti Àwọn Ìpéjú Tí A Pín Dé Àwọn Látísì Íọ̀nù

Ìdí tí ìsopọ̀ fi ń ṣẹ̀dá: agbára lòdì sí ijìnnà

Átọ̀mù hídírójìn méjì tó jìnnà sí ara wọn kì í bá ara wọn ṣe. Bí wọ́n ṣe ń sún mọ́ra, nukilíọ̀sì méjèèjì ń fa ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù kọ̀ọ̀kan, agbára sì ń dín kù. Nígbà tí wọ́n bá sún mọ́ra jù bẹ́ẹ̀ lọ, nukilíọ̀sì méjèèjì ń tì ara wọn lágbára, agbára sì ń gòkè. Gígùn ìsopọ̀ ni ijìnnà ní ìsàlẹ̀ kòtò agbára yìí, 74 pm fún H₂, jíjìn kòtò náà sì ni agbára ìsopọ̀, 436 kJ/mol fún H–H nínú Tábìlì 7.2 OpenStax Chemistry 2e.

Gbogbo ìsopọ̀ jẹ́ ìwọ́ntúnwọ́nsí ìfàmọ́ra àti ìtì, nítorí náà fífọ́ ìsopọ̀ máa ń ná agbára nígbà gbogbo, ṣíṣẹ̀dá ìsopọ̀ sì máa ń tú agbára jáde nígbà gbogbo. Ìhùwàpọ̀ kan ń tú ooru jáde nígbà tí àwọn ìsopọ̀ tí a ṣẹ̀dá bá lágbára ju àwọn ìsopọ̀ tí a fọ́ lọ lápapọ̀.

Ẹlẹ́ktrọ́nẹ́gátívíìtì àti òṣùwọ̀n kófálẹ́ǹtì-sí-íọ̀nù

Ẹlẹ́ktrọ́nẹ́gátívíìtì ń wọn bí átọ̀mù kan ṣe ń fa àwọn ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù tí a pín nínú ìsopọ̀ lágbára tó. Òṣùwọ̀n Pauling ló wọ́pọ̀ jù. Ó jẹ́ nọ́ńbà aláìní ẹ̀ka ìwọ̀n tí a ṣírò, kì í ṣe ànímọ́ tí a wọ̀n. Nínú Àwòrán 7.6 OpenStax, fluórìnì ló ga jù ní 4.0, ọ́ksíjìn ní 3.5 tẹ̀lé e, lẹ́yìn náà náítírójìn àti klóríìnì ní 3.0, àwọn irin ẹgbẹ́ 1 sì ló rẹlẹ̀ jù, bíi sódíọ́mù ní 0.9. Àwọn iye ń gòkè káàkiri ìlà kan, wọ́n sì ń sọ̀kalẹ̀ sísàlẹ̀ ẹgbẹ́ kan.

Ìyàtọ̀ ΔEN láàrin átọ̀mù méjì tí a so ń fún ni irú ìsopọ̀ ní àròpọ̀. OpenStax ń lo àwọn ààlà ìtọ́sọ́nà wọ̀nyí: nísàlẹ̀ 0.4, kófálẹ́ǹtì aláìní ìpòlù; 0.4 sí 1.8, kófálẹ́ǹtì oní-ìpòlù; lókè 1.8, íọ̀nù. Átọ̀mù tó ní ẹlẹ́ktrọ́nẹ́gátívíìtì jù ló ń gbé ẹrù iná òdì apá, δ−.

Àwọn ààlà náà jẹ́ ìtọ́sọ́nà pẹ̀lú àwọn àyọkúrò gidi. HF ní ΔEN = 1.9 ṣùgbọ́n ó jẹ́ mọ́lẹ́kùùlù kófálẹ́ǹtì, SiF₄, pẹ̀lú ΔEN = 2.2 fún ìsopọ̀ Si–F kọ̀ọ̀kan, sì jẹ́ gáàsì mọ́lẹ́kùùlù. Lo ΔEN láti fi àwọn ìsopọ̀ wé ara wọn, kì í ṣe láti pín agbo kan sí ẹ̀ka pẹ̀lú ìdánilójú.

Àpẹẹrẹ ìṣiṣẹ́: títò ìsopọ̀ mẹ́fà nípa ìpòlù

Tò B–H, C–Br, N–O, P–Cl, Al–Cl àti K–Br láti èyí tí ìpòlù rẹ̀ kéré jù dé èyí tí ìpòlù rẹ̀ pọ̀ jù, nípa lílo àwọn iye Pauling àtijọ́ nínú Àwòrán 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 àti K 0.8.

Àwọn ìyàtọ̀ jẹ́ B–H 0.1, C–Br 0.3, N–O 0.5, P–Cl 0.9, Al–Cl 1.5 àti K–Br 2.0, èyí tó jẹ́ ìtò náà. Èsì méjì ń ya ọ̀pọ̀ akẹ́kọ̀ọ́ lẹ́nu. Nínú B–H, hídírójìn ni ìpẹ̀kun òdì, nítorí ẹlẹ́ktrọ́nẹ́gátívíìtì bọ́rọ́nù kéré ju ti hídírójìn lọ. Àti K–Br bọ́ sínú ààlà íọ̀nù, èyí tó bá pọ́tásíọ́mù bírómáìdì jíjẹ́ ohun líle íọ̀nù mu, nígbà tí Al–Cl wà nítòsí òkè ààlà kófálẹ́ǹtì oní-ìpòlù; a ṣàpèjúwe álúmíníọ́mù klóráìdì bí íọ̀nù ní àwọn ipò kan àti bí mọ́lẹ́kùùlù ní àwọn mìíràn.

Àwọn ìgbà ìpòlù àti ìdá-ọgọ́rùn-ún ìwà íọ̀nù

Ìsopọ̀ oní-ìpòlù ní ìgbà ìpòlù μ = Qr, ìwọ̀n ẹrù iná tí a yà sọ́tọ̀ ní ìlọ́po ijìnnà láàrin àwọn ẹrù iná. A sábà máa ń fún ni àwọn ìgbà ìpòlù ní dẹ́bàì: 1 D = 3.336 × 10⁻³⁰ C·m. Tí a bá gbé gbogbo ẹrù iná ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù kan, 1.602 × 10⁻¹⁹ C, kọjá 1 Å, ìgbà ìpòlù náà yóò jẹ́ 4.803 D. Fífi μ tí a wọ̀n wé iye íọ̀nù pípé yìí ń fún ni ìdá-ọgọ́rùn-ún ìwà íọ̀nù ní àròpọ̀, (μ tí a wọ̀n / μ íọ̀nù pípé) × 100.

Àpẹẹrẹ ìṣiṣẹ́ 1. NIST Chemistry WebBook ṣe àtòkọ, fún H³⁵Cl ní ipò gáàsì, μ = 1.1085 D àti gígùn ìsopọ̀ ìwọ́ntúnwọ́nsí 1.27455 Å. H⁺Cl⁻ íọ̀nù pípé ní ijìnnà yẹn yóò ní μ = 4.803 D/Å × 1.27455 Å = 6.122 D. Ìdá-ọgọ́rùn-ún ìwà íọ̀nù jẹ́ 1.1085/6.122 × 100 = 18.1%. Fún HF, pẹ̀lú àwọn iye WebBook μ = 1.82618 D àti r = 0.91680 Å, iye íọ̀nù pípé jẹ́ 4.404 D, ìwà íọ̀nù sì jẹ́ 41.5%.

Ìtò náà bá ΔEN mu (0.9 fún HCl, 1.9 fún HF), ṣùgbọ́n àwọn nọ́ńbà fi bí ΔEN ńlá pàápàá ṣe jìnnà sí ìgbékalẹ̀ ẹrù iná pípé hàn. HF sún mọ́ ìpẹ̀kun kófálẹ́ǹtì ju bí ΔEN rẹ̀ nìkan ṣe dábàá.

Agbára látísì àti òfin Coulomb

Ìfàmọ́ra láàrin gbogbo kátáíọ̀nù àti gbogbo ánáíọ̀nù nínú kristali ló ń mú ohun líle íọ̀nù dúró papọ̀. Agbára látísì rẹ̀ ni agbára tí a nílò láti ya mọ́ọ̀lù kan ohun líle náà sọ́tọ̀ sí àwọn íọ̀nù gáàsì. OpenStax túmọ̀ rẹ̀ bí rere, ṣùgbọ́n àwọn ìwé ẹ̀kọ́ kan ń lo ìlànà òdìkejì, wọ́n sì ń fún ni àwọn iye òdì, nítorí náà ṣàyẹ̀wò àṣà àmì ní àkọ́kọ́.

Nípa òfin Coulomb, ìfàmọ́ra ń pọ̀ sí i pẹ̀lú ọjà àwọn ẹrù iná íọ̀nù, ó sì ń dín kù bí ijìnnà láàrin àwọn íọ̀nù ṣe ń pọ̀ sí i. Ẹrù iná ló sábà ń borí. Apá 7.5 OpenStax ṣe àtòkọ LiF ní 1023 kJ/mol àti MgO, tí àwọn íọ̀nù rẹ̀ ń gbé ẹrù iná 2+ àti 2−, ní 3900 kJ/mol, tó fẹ́rẹ̀ẹ́ tóbi ní ìlọ́po mẹ́rin. Ìwọ̀n ló tẹ̀lé e: MgF₂ jẹ́ 2957 kJ/mol, MgI₂ sì jẹ́ 2327 kJ/mol, nítorí íọ̀nù áyódáìdì tó tóbi jù ń pa àwọn ẹrù iná mọ́ jìnnà sí ara wọn.

Àpẹẹrẹ ìṣiṣẹ́: àyíká Born–Haber fún sódíọ́mù klóráìdì

A kò lè wọn àwọn agbára látísì tààrà, nítorí náà a ń rí wọn pẹ̀lú àyíká òfin Hess. Kọ́ NaCl(s) láti àwọn èròjà rẹ̀ nípa ọ̀nà àìtààrà tí a lè wọn gbogbo ìgbésẹ̀ rẹ̀, lẹ́yìn náà béèrè pé kí ọ̀nà yẹn fún ni àpapọ̀ kan náà pẹ̀lú ìhùwàpọ̀ ìdásílẹ̀ tààrà.

Àpẹẹrẹ ìṣiṣẹ́ 2. Lo àwọn ìgbésẹ̀ wọ̀nyí. Sọ sódíọ́mù di gáàsì tààrà, Na(s) → Na(g): +107.5 kJ/mol, ΔH°f ti Na(g) láti Àfikún G OpenStax. Ṣe àwọn átọ̀mù klóríìnì, ½ Cl₂(g) → Cl(g): +121.3 kJ/mol, ΔH°f ti Cl(g). Sọ sódíọ́mù di íọ̀nù, Na(g) → Na⁺(g) + e⁻: +495.8 kJ/mol, láti iye NIST ti 5.1391 eV. Fi ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù kan kún klóríìnì, Cl(g) + e⁻ → Cl⁻(g): −348.6 kJ/mol, láti ìfẹ́ ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù ti 3.6131 eV nínú NIST Chemistry WebBook. Níkẹyìn, Na⁺(g) + Cl⁻(g) → NaCl(s) ń tú agbára látísì, U, jáde.

Ìhùwàpọ̀ àpapọ̀ ni Na(s) + ½ Cl₂(g) → NaCl(s), pẹ̀lú ΔH°f = −411.2 kJ/mol. Nítorí náà 107.5 + 121.3 + 495.8 − 348.6 − U = −411.2, èyí tó fún ni U = 787.2 kJ/mol. Kíyèsí pé ìyọ ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù ń ná agbára ju èyí tí ìfẹ́ ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù ń dá padà lọ. Láìsí agbára látísì ńlá náà, ṣíṣẹ̀dá NaCl láti àwọn èròjà rẹ̀ kò ní tú ooru jáde. Àwọn agbára látísì tí a tẹ̀jáde fún NaCl yàtọ̀ ní ìdá-ọgọ́rùn-ún díẹ̀ gẹ́gẹ́ bí dátà àti ọ̀nà tí a lò (OpenStax tọ́ka 769 kJ), nítorí náà fi àwọn ìtẹ̀sí wé ara wọn dípò àwọn díjítì ìkẹyìn.

Ṣíṣe ìdíyelé èntálpì ìhùwàpọ̀ láti àwọn agbára ìsopọ̀

Fún àwọn ìhùwàpọ̀ ipò gáàsì, o lè ṣe ìdíyelé ΔH nípa kíka àwọn ìsopọ̀: ΔH ≈ Σ(agbára àwọn ìsopọ̀ tí a fọ́) − Σ(agbára àwọn ìsopọ̀ tí a ṣẹ̀dá). Àwọn agbára ìsopọ̀ inú tábìlì jẹ́ ìpíndọ́gba lórí ọ̀pọ̀ mọ́lẹ́kùùlù, nítorí náà èsì náà jẹ́ ìdíyelé nìkan, ó sì lè yàtọ̀ sí iye láti àwọn èntálpì ìdásílẹ̀ ní ọ̀pọ̀ mẹ́wàá kílójù.

Àpẹẹrẹ ìṣiṣẹ́ 3. Ṣe ìdíyelé ΔH fún C₂H₄(g) + H₂(g) → C₂H₆(g). Àwọn ìsopọ̀ C–H mẹ́rin ti ẹtílíìnì ń wà láàyè, nítorí náà fojú fò wọ́n. Èyí tí a fọ́: C=C kan (611 kJ/mol) àti H–H kan (436 kJ/mol), 1047 kJ lápapọ̀. Èyí tí a ṣẹ̀dá: C–C kan (345 kJ/mol) àti C–H tuntun méjì (2 × 415 kJ/mol), 1175 kJ lápapọ̀. ΔH ≈ 1047 − 1175 = −128 kJ. Iye èntálpì ìdásílẹ̀, láti Àfikún G, jẹ́ −84.0 − 52.4 = −136.4 kJ. Ìdíyelé náà ní àmì tó tọ́, ó sì wà láàrin nǹkan bí 6%.

Àwọn èrò àìtọ́ nípa ìsopọ̀ láti yẹra fún

Ọ̀pọ̀ àṣìṣe wá láti kíka àwọn ìtọ́sọ́nà àròpọ̀ sí òfin pípé tàbí láti dída àwọn àṣà àmì pọ̀. Àwọn wọ̀nyí ló wọ́pọ̀ jù.

• Kíka ΔEN = 1.8 sí ìlà mímú láàrin kófálẹ́ǹtì àti íọ̀nù. Òṣùwọ̀n náà jẹ́ àìdádúró, àwọn agbo bíi HF àti SiF₄ sì ń rú òfin náà.
• Dída ẹlẹ́ktrọ́nẹ́gátívíìtì rú pẹ̀lú ìfẹ́ ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù. Ìfẹ́ ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù jẹ́ agbára tí a wọ̀n fún átọ̀mù gáàsì; ẹlẹ́ktrọ́nẹ́gátívíìtì ń ṣàpèjúwe átọ̀mù nínú ìsopọ̀.
• Gbígbà pé átọ̀mù tó ní ẹlẹ́ktrọ́nẹ́gátívíìtì jù ni aláìjẹ́ irin tí o retí nígbà gbogbo. Ṣàyẹ̀wò tábìlì: nínú àwọn ìsopọ̀ B–H àti Si–H, hídírójìn ni ìpẹ̀kun òdì.
• Yíyí fọ́múlà agbára ìsopọ̀ po. Ó jẹ́ àwọn ìsopọ̀ tí a fọ́ yọ àwọn ìsopọ̀ tí a ṣẹ̀dá, ìtò òdìkejì sí fọ́múlà èntálpì ìdásílẹ̀.
• Dída àwọn àṣà àmì agbára látísì pọ̀ nínú àyíká Born–Haber kan.
• Kíka ìsopọ̀ méjì bí ìsopọ̀ kan méjì. Ìsopọ̀ C=C (611 kJ/mol) kò lágbára tó ìsopọ̀ C–C méjì (690 kJ/mol).