Ang paghahambing ng data sa bilang ng mga electron sa panlabas na shell sa bilang ng mga kemikal na bono na maaaring mabuo ng isang partikular na atom ay nagpakita na ang mga prinsipyo ng pagbuo ng bono ng kemikal, na inihayag sa pag-aaral ng molekula ng hydrogen, ay may bisa din para sa iba pang mga atomo. Ito ay dahil ang bono ay elektrikal sa kalikasan at nabuo ng dalawang electron (isa mula sa bawat atom). Samakatuwid, ang isang ugnayan ay dapat na asahan sa pagitan ng unang ionization energy (PEI) ng mga atoms (na may electrostatic na pinagmulan) at ang kanilang nagbubuklod na enerhiya sa diatomic molecule.
Ang pang-eksperimentong data sa pagtukoy ng nagbubuklod na enerhiya para sa isang bilang ng mga diatomic molecule (sa gas phase) na nabuo mula sa mga atomo ng ika-2 at ika-3 na panahon ay ipinapakita sa Talahanayan 4.2 at sa Fig. 4.2.1.
Talahanayan 4.2
|
Molekul A 2 |
Enerhiya ng bono (kJ/mol) |
Molecule |
Enerhiya ng bono (kJ/mol) |
||
kanin. 4.2-1 Nagbubuklod na enerhiya sa mga molekula mula sa mga elemento ng ikalawa at ikatlong yugto depende sa PEI ng elemento
Ang mga datos na ito (tingnan ang Talahanayan 4.2, Fig. 4.2-1) ay nagpapakita na ang nagbubuklod na enerhiya sa pagitan ng mga atomo ay halos independiyente sa SEI ng mga nakagapos na atomo.
Posible bang sa diatomic molecules (kung saan mayroong higit sa isang electron) ang bono ay nabuo ayon sa ibang mekanismo at mayroong karagdagang pwersang dati nating hindi pinansin?
Bago magpatuloy sa pagkilala sa mga puwersang ito, subukan nating ipaliwanag ito pagsasarili batay sa mga umiiral na pakikipag-ugnayan.
Magsimula tayo sa pamamagitan ng pagsusuri sa mga karagdagang salik na nagpapaliwanag sa kakulangan ng inaasahang ugnayan at pagsasarili pang-eksperimentong data sa pagsukat ng PEI mula sa nagbubuklod na enerhiya sa mga molekulang diatomic.
Hinahati namin ang talahanayan (4.2) sa apat na grupo:
Pangkat A kabilang ang mga molekula na binubuo ng magkaparehong mga atomo na may nagbubuklod na enerhiya sa ibaba 40 kJ/mol. Sa yugto ng gas, ang mga molekula na ito ay bumagsak sa mga atomo.
Pangkat B kabilang ang mga molekulang diatomic na binubuo ng magkaparehong mga atomo, ang nagbubuklod na enerhiya kung saan umaabot mula 400 kJ/mol hanggang 1000 kJ/mol. Sa katunayan, ang nagbubuklod na enerhiya sa mga molekulang ito ay naiiba nang malaki pataas kumpara sa nagbubuklod na enerhiya sa molekula ng hydrogen, na 429 kJ/mol.
GrupoSA kabilang ang mga diatomic na molekula na binubuo ng iba't ibang mga atomo, ang nagbubuklod na enerhiya na nag-iiba mula 340 kJ/mol hanggang 550 kJ/mol.
GrupoD kabilang ang mga diatomic na molekula na may magkaparehong mga atomo, na ang nagbubuklod na enerhiya ay 50-350 kJ/mol.
TABLE 4.4
ENERHIYA NG KOMUNIKASYONSA MOLECULES
|
pangkat A |
pangkat B |
||
| molekula | nagbubuklod na enerhiya | molekula | nagbubuklod na enerhiya |
| maging 2 | 30 | C2 | 602 |
| Hindi 2 | 4 | N 2 | 941 |
| 7.6 | O2 | 493 | |
| Ar 2 | 7 | P2 | 477 |
| S2 | 421 | ||
|
pangkat C |
pangkat D |
||
| molekula | enerhiya | molekula | enerhiya |
| LiF | 572 | B2 | 274 |
| NaF | 447 | Br2 | 190 |
| LiCl | 480 | Cl2 | 239 |
| NaCl | 439 | F2 | 139 |
| Li 2 | 110 | ||
| Na 2 | 72 | ||
Bago natin simulan ang pagpapaliwanag, linawin natin ang mga isyu na kailangan nating saklawin.
Una tanong:
Bakit mas mababa o higit pa ang nagbubuklod na enerhiya sa pagitan ng mga multielectron atoms (Talahanayan 4.2) kaysa sa isang molekula ng hydrogen (H2)?
Upang ipaliwanag ang makabuluhang paglihis ng nagbubuklod na enerhiya sa mga molekulang polyatomic mula sa nagbubuklod na enerhiya sa molekula ng hydrogen, kinakailangan upang palalimin ang ating pag-unawa sa dahilan kung bakit limitado ang bilang ng mga electron sa panlabas na shell.
Ang attachment ng isang electron sa isang atom ay nangyayari kapag may pakinabang sa enerhiya, o, sa madaling salita, kung ganap ang halaga ng potensyal na enerhiya ng system atom + elektron tumataas bilang resulta ng bono sa pagitan ng elektron at ng atom. Ang data sa affinity ng isang atom para sa isang electron, na ipinahiwatig sa Talahanayan 4.3, ay nagbibigay sa amin ng numerical na halaga ng pakinabang sa enerhiya kapag ang isang electron ay nakakabit sa isang atom.
mesa 4.3
|
Affinity |
|
Affinity |
Kapag ang isang electron ay nakakabit sa isang atom, ang kabuuang enerhiya ng pagkahumaling ng mga electron sa nucleus ay tumataas dahil sa pagtaas ng bilang ng mga electron na naaakit sa nucleus. Sa kabilang banda, ang enerhiya ng interelectron repulsion ay tumataas dahil sa pagtaas ng bilang ng mga electron. Iyon ay, ang attachment ng isang electron sa isang atom ay nangyayari kung, bilang isang resulta ng koneksyon na ito, ang nakuha sa enerhiya ng pagkahumaling ay mas malaki kaysa sa pagkawala ng enerhiya dahil sa isang pagtaas sa enerhiya ng pagtanggi.
Kinakalkula ang pagbabago sa enerhiya kapag ang isang elektron ay idinagdag sa isang atom hydrogen nagbibigay ng energy gain na 3.4 eV. Iyon ay, ang hydrogen atom ay dapat na may positibong electron affinity. Ito ang naobserbahan sa eksperimento.
Ang isang katulad na pagkalkula ng pagbabago sa potensyal na enerhiya kapag ang isang electron ay nakakabit sa isang atom helium ay nagpapakita na ang pagdaragdag ng isang elektron ay humahantong hindi sa pagtaas ng potensyal na enerhiya, ngunit sa pagbaba nito. Sa katunayan, ang affinity ng helium atom, ayon sa eksperimento, ay mas mababa sa zero.
Samakatuwid, ang posibilidad ng pag-attach o hindi pag-attach ng isang elektron sa isang atom ay natutukoy ng mga pagkakaiba sa pagbabago sa mga ganap na halaga ng potensyal na enerhiya ng pagkahumaling ng lahat ng mga electron sa nucleus at mutual interelectronic repulsion. Kung ang pagkakaiba na ito ay mas malaki kaysa sa zero, kung gayon ang elektron ay sasali, at kung ito ay mas mababa sa zero, kung gayon hindi.
Ang data sa affinity ng mga atom para sa electron na ibinigay sa Talahanayan 4.3 ay nagpapakita na para sa mga atomo ng 1st, 2nd at 3rd period, bilang karagdagan sa maging,mg,hindi,Ar ang pagtaas ng enerhiya ng pagkahumaling sa panahon ng pagkakabit ng mga electron sa nucleus ay mas malaki kaysa sa pagtaas ng enerhiya ng pagtanggi.
Sa kaso ng mga atomo maging,mg,hindi,Ar, ang pagtaas ng enerhiya ng pagkahumaling sa panahon ng pagkakabit ng mga electron sa nucleus ay mas mababa kaysa sa pagtaas ng enerhiya ng interelectron repulsion. Ang isang independiyenteng kumpirmasyon ng konklusyong ito ay ang impormasyon sa PEI para sa mga atomo ng ika-2 at ika-3 na panahon na ibinigay sa Talahanayan 4.2 (pangkat A).
Kapag nabuo ang isang kemikal na bono, ang bilang ng mga electron sa panlabas na mga shell ng elektron ng mga atom ay tataas ng isang elektron, at ayon sa pagkalkula ng modelo ng molekula ng hydrogen. H 2, nagbabago ang mga epektibong singil ng mga nakatali na atom. Ang mga epektibong singil ng nakatali na nuclei ay nagbabago dahil sa pagkahumaling ng sisingilin na nuclei, at dahil sa pagtaas ng bilang ng mga electron sa mga panlabas na shell ng nakagapos na mga atomo.
Sa isang molekula ng hydrogen, ang paglapit ng nuclei ay humahantong sa pagtaas ng puwersa ng pagkahumaling ng mga nagbubuklod na mga electron sa nuclei ng 50%, na katumbas ng pagtaas ng epektibong singil ng nakatali na nuclei ng 0.5 na mga yunit ng proton (tingnan ang Kabanata 3) .
Sa mga tuntunin ng pakinabang ng enerhiya, ang pagbuo ng bono ay parang isang intermediate na proseso sa pagitan ng pagkakabit ng isang electron sa isang neutral na atom (sinusukat na electron affinity) at ng attachment ng isang electron sa isang atom na ang nuclear charge ay tumataas ng 1 unit.
Ayon sa Talahanayan 4.3, kapag mula sa lithium (PEI - 519 kJ/mol) patungo sa beryllium (PEI - 900 kJ/mol), ang PEI ay tumataas ng 400 kJ/mol, at kapag mula sa beryllium patungo sa boron (PEI - 799 kJ/mol ) bumababa ang nakuhang enerhiya sa 100 kJ/mol.
Alalahanin na ang panlabas na shell ng elektron ng boron ay may 3 electron, at ang panlabas na shell ng beryllium ay may 2 electron. Iyon ay, kapag ang isang electron ay sumali sa beryllium na may sabay-sabay na pagtaas sa nuclear charge ng isang proton unit, ang nakatali na electron ay pumapasok sa panlabas na shell ng beryllium, habang ang energy gain ay magiging 100 kJ/mol mas mababa kaysa kapag ang isang electron ay pumasok sa outer shell. ng lithium (sa panahon ng paglipat mula sa lithium hanggang beryllium).
Ngayon, ang matalim na pagbaba sa nagbubuklod na enerhiya ng mga atom na may negatibong atom-to-electron affinity, na ipinahiwatig sa Talahanayan 4.3, ay lubos na nauunawaan. Gayunpaman, kahit na hindi,maging,mg,Ar huwag mag-attach ng mga electron, lumikha sila ng mga molekula, dahil tumataas ang epektibong nuclear charge. Ang nagbubuklod na enerhiya sa mga molekulang ito (grupo A) ay mas mababa kaysa sa iba pang mga molekula.
Ngayon sagutin natin pangalawa tanong: Bakit ang nagbubuklod na enerhiya sa pangkat B diatomic molecules ay ipinapakita sa Talahanayan 4.2. 1.5-2 beses na mas malaki kaysa sa nagbubuklod na enerhiya sa molekula ng hydrogen?
Sa mga panlabas na shell ng carbon atoms (C) nitrogen (N) at oxygen (o) ay, ayon sa pagkakabanggit, 4, 5 at 6 na mga electron. Ang bilang ng mga bono na nabuo ng mga atomo na ito ay limitado sa bilang ng mga dagdag na electron na maaaring pumasok sa panlabas na shell kapag nabuo ang bono. Kaya carbon atoms (C) nitrogen (N) at oxygen (O) ay maaaring bumuo ng 4, 3 at 2 kemikal na bono, ayon sa pagkakabanggit. Alinsunod dito, sa pagitan ng dalawang mga atomo na ipinapakita sa Talahanayan 4.4, hindi isa, ngunit maraming mga kemikal na bono ang maaaring mabuo, na nagpapahiwatig ng mas malaking pakinabang sa enerhiya, kumpara sa pagbuo ng 1 bono sa isang diatomic na molekula, kung saan ang mga nakagapos na mga atomo ay mayroong 1 elektron. sa panlabas na shell
Kung ang mga atom ay konektado sa pamamagitan ng isang kemikal na bono, kung gayon ang gayong bono ay tinatawag na isang solong bono. kemikal na dumidikit o karaniwang kemikal na bono. Kapag ang mga atomo ay pinag-ugnay ng ilang mga kemikal na bono (doble o triple), ang mga naturang bono ay tinatawag maramihang mga bono. Maramihang mga bono, halimbawa, sa mga molekula ng nitrogen (N 2) at oxygen (O2) ay inilalarawan ng mga pormula sa istruktura: N ≡ N At O=O.
Ngayon isaalang-alang ang grupo SA: Bakit mas malaki ang nagbubuklod na enerhiya sa ilan sa mga diatomic na molekula na binubuo ng iba't ibang mga atomo kaysa sa ibang mga molekula na binubuo ng parehong mga atomo?
I-disassemble natin ang molecule NaCl. Ang sodium at chlorine atoms ay ibang-iba sa electron affinity. Ipinakikita namin ang pagbuo ng bono bilang isang dalawang yugto na proseso. Sa unang yugto, ang pakinabang sa enerhiya ay nakuha dahil sa pagkakaugnay ng mga atomo para sa mga electron. Iyon ay, mula sa puntong ito ng view, ang pakinabang sa enerhiya sa panahon ng pagbuo ng isang molekula Cl2, ay dapat na mas malaki kaysa kapag bumubuo ng isang molekula NaCl sa pamamagitan ng pagkakaiba sa kanilang electron affinity.
Kapag kinakalkula ang molekula ng hydrogen (Kabanata 3), ang nagbubuklod na enerhiya (ang enerhiya na kinakailangan upang paghiwalayin ang mga molekula sa mga atomo) ay ang kabuuan ng dalawang bahagi:
ang pagkakaiba sa pagitan ng electronic energy ng isang hydrogen molecule at dalawang hydrogen atoms;
karagdagang enerhiya na ginugol sa pag-init ng mga hindi hiwalay na molekula.
Kinakalkula ang unang bahagi, kinakalkula namin ang enerhiya ng molekula, na katumbas ng pagkakaiba sa pagitan ng enerhiya ng pagkahumaling ng nuclei ng mga atomo ng hydrogen sa nagbubuklod na pares ng mga electron at ang kabuuan ng salungat na enerhiya ng interelectronic at internuclear na pwersa.
Upang matantya ang enerhiya ng pagkahumaling ng nuclei sa nagbubuklod na mga pares ng mga electron, gayundin ang pagtatantya ng enerhiya ng interelectron repulsion, kailangan muna nating alamin ang halaga ng epektibong singil ng nakatali na nuclei.
Ang potensyal ng ionization at nagbubuklod na enerhiya sa mga diatomic na molekula
kung saan naputol ang isang nunal ng isang ibinigay na bono. Ipinapalagay na ang paunang sangkap at mga produkto ng reaksyon ay nasa kanilang karaniwang estado ng isang hypothetical ideal na gas sa presyon na 1 atm at temperatura na 25 0 C. Ang mga kasingkahulugan para sa breaking energy ng isang chemical bond ay: bond energy, dissociation energy ng diatomic molecules, chemical bond formation energy.
Ang breaking energy ng isang kemikal na bono ay maaaring tukuyin sa iba't ibang paraan, halimbawa
Mula sa mass spectroscopic data (mass spectrometry).
Ang pagsira ng enerhiya ng mga bono ng kemikal sa iba't ibang mga compound ay makikita sa reference na libro.
Ang pagkasira ng enerhiya ng mga bono ng kemikal ay nagpapakilala sa lakas ng isang bono ng kemikal.
| Tambalan | Tambalan | Bond breaking energy, kcal/mol | |
|---|---|---|---|
| H-H | 104,2 | CH3-H | 104 |
| HO-H | 119 | CH 3 CH 2 -H | 98 |
| CH 3 O-H | 102 | (CH 3) 2 CH-H | 94,5 |
| C 6 H 5 O-H | 85 | (CH 3) 3 C-H | 91 |
| F-H | 135,8 | C 6 H 5 -H | 103 |
| Cl-H | 103,0 | CH 2 \u003d CH-H | 103 |
| Br-H | 87,5 | HC≡C-H | 125 |
| I-H | 71,3 | H 2 N-H | 103 |
Ang enerhiya ng pagsira sa C-C bond.
Tingnan din
Mga Tala
Wikimedia Foundation. 2010 .
Tingnan kung ano ang "Chemical Bond Breaking Energy" sa ibang mga diksyunaryo:
Ito ay katumbas ng gawaing dapat gugulin upang hatiin ang isang molekula sa dalawang bahagi (mga atomo, grupo ng mga atomo) at alisin ang mga ito sa isa't isa sa isang walang katapusang distansya. Halimbawa, kung ang E. x ay isinasaalang-alang. Sa. H3CH H sa isang methane molecule, pagkatapos ay tulad ng ... ... Great Soviet Encyclopedia
Ang isang exothermic na reaksyon ay isang kemikal na reaksyon na sinamahan ng paglabas ng init. Ang kabaligtaran ng isang endothermic na reaksyon. Ang kabuuang dami ng enerhiya sa isang sistema ng kemikal ay napakahirap sukatin o kalkulahin... Wikipedia
Fig.1. Triple bond sa balangkas ng teorya ng valence bonds Ang triple bond ay isang covalent bond ng dalawang atomo sa isang molekula sa pamamagitan ng tatlong karaniwang nagbubuklod na mga pares ng elektron. Ang unang larawan ng visual na istraktura ng triple bond ay ibinigay sa ... Wikipedia
Ang isang natatanging katangian ng mga alkohol ay ang hydroxyl group sa isang saturated carbon atom sa figure na naka-highlight sa pula (oxygen) at gray (hydrogen). Mga alak (mula sa Latin ... Wikipedia
C (carboneum), isang non-metallic chemical element ng IVA subgroup (C, Si, Ge, Sn, Pb) ng Periodic Table of Elements. Ito ay nangyayari sa kalikasan sa anyo ng mga kristal na brilyante (Larawan 1), grapayt o fullerene at iba pang mga anyo at bahagi ng organic ... ... Collier Encyclopedia
Sa karamihan ng mga kaso, kapag ang isang bono ay nabuo, ang mga electron ng mga nakagapos na atomo ay ibinabahagi. Ang ganitong uri ng chemical bond ay tinatawag na covalent bond (ang prefix na "co-" sa Latin ay nangangahulugang compatibility, "valence" - pagkakaroon ng puwersa). Ang mga nagbubuklod na electron ay nakararami na matatagpuan sa espasyo sa pagitan ng mga nakagapos na atomo. Dahil sa pagkahumaling ng nuclei ng mga atomo sa mga electron na ito, nabuo ang isang kemikal na bono. Kaya, ang covalent bond ay isang kemikal na bono na nangyayari dahil sa pagtaas ng densidad ng elektron sa rehiyon sa pagitan ng mga atomo na nakagapos ng kemikal.
Ang unang teorya ng covalent bond ay kabilang sa American physical chemist na si G.-N. Lewis. Noong 1916, iminungkahi niya na ang mga bono sa pagitan ng dalawang atom ay isinasagawa ng isang pares ng mga electron, na may isang walong elektron na shell na karaniwang nabubuo sa paligid ng bawat atom (ang panuntunan ng octet).
Ang isa sa mga mahahalagang katangian ng isang covalent bond ay ang saturation nito. Sa isang limitadong bilang ng mga panlabas na electron sa mga rehiyon sa pagitan ng nuclei, isang limitadong bilang ng mga pares ng elektron ang nabuo malapit sa bawat atom (at, dahil dito, ang bilang ng mga kemikal na bono). Ito ang numerong ito na malapit na nauugnay sa konsepto ng valency ng isang atom sa isang molekula (ang valency ay ang kabuuang bilang ng mga covalent bond na nabuo ng isang atom). Ang isa pang mahalagang katangian ng isang covalent bond ay ang oryentasyon nito sa espasyo. Ito ay ipinakita sa humigit-kumulang sa parehong geometric na istraktura ng mga particle ng kemikal na may katulad na komposisyon. Ang isang tampok ng covalent bond ay ang porizability nito.
Upang ilarawan ang isang covalent bond, dalawang pamamaraan ang pangunahing ginagamit, batay sa iba't ibang approximation sa paglutas ng Schrödinger equation: ang paraan ng molecular orbitals at ang paraan ng valence bonds. Sa kasalukuyan, ang paraan ng molecular orbitals ay ginagamit halos eksklusibo sa teoretikal na kimika. Gayunpaman, ang paraan ng mga valence bond, sa kabila ng mahusay na pagiging kumplikado ng mga kalkulasyon, ay nagbibigay ng isang mas visual na representasyon ng pagbuo at istraktura ng mga particle ng kemikal.
Mga parameter ng covalent bond
Ang hanay ng mga atomo na bumubuo ng isang kemikal na particle ay malaki ang pagkakaiba sa hanay ng mga libreng atom. Ang pagbuo ng isang kemikal na bono ay humahantong, sa partikular, sa isang pagbabago sa atomic radii at ang kanilang enerhiya. Mayroon ding muling pamamahagi ng density ng elektron: ang posibilidad na makahanap ng mga electron sa espasyo sa pagitan ng mga nakagapos na atom ay tumataas.
Haba ng bono ng kemikal
Kapag nabuo ang isang kemikal na bono, ang mga atomo ay palaging lumalapit sa isa't isa - ang distansya sa pagitan ng mga ito ay mas mababa kaysa sa kabuuan ng radii ng mga nakahiwalay na atomo:
r(A−B) r(A) + r(B)
Ang radius ng hydrogen atom ay 53 pm, ang fluorine atom ay 71 pm, at ang distansya sa pagitan ng nuclei ng mga atom sa isang HF molecule ay 92 pm:
Ang internuclear na distansya sa pagitan ng mga chemically bonded na atom ay tinatawag na chemical bond length.
Sa maraming mga kaso, ang haba ng bono sa pagitan ng mga atomo sa isang molekula ng isang sangkap ay maaaring mahulaan sa pamamagitan ng pag-alam sa mga distansya sa pagitan ng mga atomo na ito sa ibang mga kemikal. Ang haba ng bono sa pagitan ng mga carbon atom sa brilyante ay 154 pm, sa pagitan ng mga halogen atoms sa isang chlorine molecule - 199 pm. Ang kalahating kabuuan ng mga distansya sa pagitan ng carbon at chlorine atoms na kinakalkula mula sa mga datos na ito ay 177 pm, na tumutugma sa eksperimental na sinusukat na haba ng bono sa CCl 4 na molekula. Kasabay nito, hindi ito palaging nangyayari. Halimbawa, ang distansya sa pagitan ng mga atomo ng hydrogen at bromine sa mga molekulang diatomic ay 74 at 228 pm, ayon sa pagkakabanggit. Ang ibig sabihin ng aritmetika ng mga numerong ito ay 151 pm, ngunit ang aktwal na distansya sa pagitan ng mga atomo sa isang molekula ng hydrogen bromide ay 141 pm, iyon ay, kapansin-pansing mas mababa.
Ang distansya sa pagitan ng mga atom ay makabuluhang bumababa sa pagbuo ng maraming mga bono. Kung mas mataas ang multiplicity ng bono, mas maikli ang interatomic na distansya.
Mga haba ng ilang simple at maramihang mga bono
Mga anggulo ng Valence
Ang direksyon ng mga covalent bond ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga anggulo ng valence - ang mga anggulo sa pagitan ng mga linya na nagkokonekta sa mga nakagapos na atomo. Ang graphic formula ng isang particle ng kemikal ay hindi nagdadala ng impormasyon tungkol sa mga anggulo ng bono. Halimbawa, sa SO 4 2− sulfate ion, ang mga anggulo ng bono sa pagitan ng sulfur-oxygen bond ay 109.5 o , at sa tetrachloropalladate ion 2− 90 o . Tinutukoy ng kumbinasyon ng mga haba ng bono at mga anggulo ng bono sa isang particle ng kemikal ang spatial na istraktura nito. Upang matukoy ang mga anggulo ng bono, ang mga eksperimentong pamamaraan ay ginagamit upang pag-aralan ang istraktura ng mga kemikal na compound. Ang mga anggulo ng Valence ay maaaring tantiyahin ayon sa teorya batay sa elektronikong istraktura ng isang particle ng kemikal.Enerhiya ng covalent bond
Ang isang kemikal na tambalan ay nabuo mula sa mga indibidwal na atomo lamang kung ito ay masiglang pabor. Kung nangingibabaw ang mga kaakit-akit na pwersa sa mga puwersang salungat, ang potensyal na enerhiya ng mga nakikipag-ugnayan na mga atomo ay bumababa, kung hindi man ito ay tumataas. Sa ilang distansya (katumbas ng haba ng bono r 0) ang enerhiya na ito ay minimal.
Kaya, kapag ang isang kemikal na bono ay nabuo, ang enerhiya ay inilabas, at kapag ito ay nasira, ang enerhiya ay nasisipsip. Enerhiya E 0 , kinakailangan upang paghiwalayin ang mga atomo at alisin ang mga ito mula sa isa't isa sa layo na kung saan hindi sila nakikipag-ugnayan, ay tinatawag na nagbubuklod na enerhiya. Para sa mga diatomic na molekula, ang nagbubuklod na enerhiya ay tinukoy bilang ang enerhiya ng paghihiwalay ng isang molekula sa mga atomo. Maaari itong masukat sa eksperimentong paraan.
Sa isang molekula ng hydrogen, ang nagbubuklod na enerhiya ay katumbas ng bilang ng enerhiya na inilabas sa panahon ng pagbuo ng isang molekula ng H 2 mula sa mga atomo ng H:
H + H \u003d H 2 + 432 kJ
Ang parehong enerhiya ay dapat gamitin upang masira ang H-H bond:
H 2 \u003d H + H - 432 kJ
Para sa mga polyatomic molecule, ang halagang ito ay may kondisyon at tumutugma sa enerhiya ng naturang proseso kung saan nawawala ang isang naibigay na kemikal na bono, habang ang lahat ng iba ay nananatiling hindi nagbabago. Kung mayroong ilang magkaparehong mga bono (halimbawa, para sa isang molekula ng tubig na naglalaman ng dalawang mga bono ng oxygen-hydrogen), ang kanilang enerhiya ay maaaring kalkulahin gamit ang Batas ni Hess. Ang mga halaga ng enerhiya ng pagkabulok ng tubig sa mga simpleng sangkap, pati na rin ang mga enerhiya ng paghihiwalay ng hydrogen at oxygen sa mga atom ay kilala:
2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2; 484 kJ/mol
H 2 \u003d 2H; 432 kJ/mol
O 2 \u003d 2O; 494 kJ/mol
Dahil ang dalawang molekula ng tubig ay naglalaman ng 4 na mga bono, ang enerhiya ng oxygen-hydrogen bond ay:
E(О−Н) \u003d (2. 432 + 494 + 484) / 4 \u003d 460.5 kJ / mol
Sa mga molekula ng komposisyon AB n ang sunud-sunod na detatsment ng B atoms ay sinamahan ng ilang (hindi palaging magkapareho) na paggasta sa enerhiya. Halimbawa, ang mga halaga ng enerhiya (kJ/mol) ng sunud-sunod na pag-aalis ng mga atomo ng hydrogen mula sa isang molekula ng methane ay makabuluhang naiiba:
| 427 | 368 | 519 | 335 | |||||
| CH 4 | → | CH 3 | → | CH 2 | → | CH | → | SA |
Sa kasong ito, ang enerhiya ng bono ng A-B ay tinukoy bilang ang average na halaga ng enerhiya na ginugol sa lahat ng mga yugto:
CH 4 \u003d C + 4H; 1649 kJ/mol
E(С−Н) = 1649 / 4 = 412 kJ/mol
Kung mas mataas ang enerhiya ng isang kemikal na bono, mas malakas ang bono.. Ang bono ay itinuturing na malakas o malakas kung ang enerhiya nito ay lumampas sa 500 kJ/mol (halimbawa, 942 kJ/mol para sa N 2), mahina - kung ang enerhiya nito ay mas mababa sa 100 kJ/mol (halimbawa, 69 kJ/mol para sa NO 2). Kung sa panahon ng pakikipag-ugnayan ng mga atomo ang isang enerhiya na mas mababa sa 15 kJ / mol ay pinakawalan, kung gayon ito ay itinuturing na isang kemikal na bono ay hindi nabuo, ngunit isang intermolecular na pakikipag-ugnayan ay sinusunod (halimbawa, 2 kJ / mol para sa Xe 2). Karaniwang bumababa ang lakas ng bono sa pagtaas ng haba ng bono.Ang isang solong bono ay palaging mas mahina kaysa sa maraming mga bono - doble at triple - sa pagitan ng parehong mga atomo.
Mga enerhiya ng ilang simple at maramihang mga bono
Polarity ng isang covalent bond
Ang polarity ng isang kemikal na bono ay nakasalalay sa pagkakaiba sa electronegativity ng mga bonding atom.
Electronegativity ay isang conditional value na nagpapakilala sa kakayahan ng isang atom sa isang molekula na makaakit ng mga electron. Kung, sa isang diatomic molecule A–B, ang mga bonding electron ay naaakit sa B atom nang mas malakas kaysa sa A atom, kung gayon ang B atom ay itinuturing na mas electronegative.
Ang electronegativity scale ay ginamit ni L. Pauling para sa mga quantitative na katangian ng kakayahan ng mga atom na polarize ang mga covalent bond. Para sa isang quantitative na paglalarawan ng electronegativity, bilang karagdagan sa thermochemical data, ang data sa geometry ng mga molecule (Sanderson method) o spectral na katangian (Gordy method) ay ginagamit din. Ang Allred at Rochov scale ay malawak ding ginagamit, kung saan ang epektibong nuclear charge at ang atomic covalent radius ay ginagamit sa pagkalkula. Ang pamamaraang iminungkahi ng American physical chemist na si R. Mulliken (1896-1986) ay may pinakamalinaw na pisikal na kahulugan. Tinukoy niya ang electronegativity ng isang atom bilang kalahati ng kabuuan ng electron affinity at potensyal ng ionization nito. Ang mga halaga ng electronegativity batay sa pamamaraang Mulliken at pinalawak sa isang malawak na hanay ng iba't ibang mga bagay ay tinatawag na ganap.
Ang fluorine ay may pinakamataas na halaga ng electronegativity. Ang hindi bababa sa electronegative na elemento ay cesium. Kung mas mataas ang pagkakaiba sa pagitan ng electronegativity ng dalawang atoms, mas polar ang kemikal na bono sa pagitan nila.
Depende sa kung paano nangyayari ang muling pamamahagi ng density ng elektron sa panahon ng pagbuo ng isang kemikal na bono, ilang mga uri nito ay nakikilala. Ang naglilimita sa kaso ng polarisasyon ng bono ng kemikal ay ang kumpletong paglipat ng isang elektron mula sa isang atom patungo sa isa pa. Sa kasong ito, dalawang ions ang nabuo, sa pagitan ng kung saan nangyayari ang isang ionic bond. Upang ang dalawang atomo ay makabuo ng isang ionic na bono, ang kanilang electronegativity ay dapat na ibang-iba. Kung ang mga electronegativities ng mga atom ay pantay (kapag ang mga molekula ay nabuo mula sa magkatulad na mga atomo), ang bono ay tinatawag na non-polar covalent. Kadalasang matatagpuan polar covalent bono - ito ay nabuo sa pagitan ng anumang mga atom na may iba't ibang mga halaga ng electronegativity.
Pagbibilang polarity Ang ("ionic") na mga bono ay maaaring magsilbing epektibong singil ng mga atomo. Ang epektibong singil ng isang atom ay nagpapakita ng pagkakaiba sa pagitan ng bilang ng mga electron na kabilang sa isang ibinigay na atom sa isang kemikal na tambalan at ang bilang ng mga electron sa isang libreng atom. Ang isang atom ng isang mas electronegative na elemento ay nakakaakit ng mga electron nang mas malakas. Samakatuwid, ang mga electron ay mas malapit sa kanya, at siya ay tumatanggap ng ilang negatibong singil, na tinatawag na epektibo, at ang kanyang kapareha ay may parehong positibong singil. Kung ang mga electron na bumubuo ng isang bono sa pagitan ng mga atomo ay pantay na nabibilang sa kanila, ang mga epektibong singil ay zero. Sa mga ionic compound, ang epektibong mga singil ay dapat na tumutugma sa mga singil ng mga ion. At para sa lahat ng iba pang mga particle mayroon silang mga intermediate na halaga.
Ang pinakamahusay na paraan para sa pagtantya ng mga singil ng mga atomo sa isang molekula ay upang malutas ang equation ng alon. Gayunpaman, ito ay posible lamang sa pagkakaroon ng isang maliit na bilang ng mga atomo. Sa husay, ang pamamahagi ng singil ay maaaring matantya gamit ang sukat ng electronegativity. Ginagamit din ang iba't ibang mga eksperimentong pamamaraan. Para sa mga diatomic na molekula, ang polarity ng bono ay maaaring mailalarawan at ang mga epektibong singil ng mga atom ay maaaring matukoy batay sa pagsukat ng dipole moment:
μ = q r,
saan q ay ang singil ng dipole pole, na katumbas ng epektibong singil para sa isang diatomic molecule, r− internuclear na distansya.
Ang bond dipole moment ay isang vector quantity. Ito ay nakadirekta mula sa positibong sisingilin na bahagi ng molekula hanggang sa negatibong bahagi nito. Batay sa pagsukat ng dipole moment, napag-alaman na sa HCl molecule, ang hydrogen atom ay may positibong singil na +0.2 fractions ng electron charge, at ang chlorine atom ay may negatibong singil na −0.2. Samakatuwid, ang H-Cl bond ay ionic ng 20%. At ang Na-Cl bond ay 90% ionic.
Kemikal na bono at molekular na istraktura
Habang pinag-aaralan ang mga katangian ng mga sangkap, naging kinakailangan na ipaliwanag at ilarawan ang mga ito. Una sa lahat, ang mismong katotohanan ng pagbuo ng mga molecule at structural units (CE) mula sa mga atom ay nangangailangan ng paliwanag, i.e. ang kalikasan at laki ng enerhiya ng pagkahumaling ng mga atomo sa mga sangkap - enerhiya ng bono ng kemikal.
Ang isang espesyal na pag-aari ng bono ng kemikal ay itinatag din, na
kuyog ay maaaring tukuyin bilang saturability: ang isang atom sa isang molekula o CE ay may tiyak valence at maaaring mayroon itong maliit na bilang ng mga valence. Para sa mga katangian ng mga molekula at SE, mahalaga hindi lamang ang bilang ng ilang mga atomo sa kanila, kundi pati na rin ang pagkakasunud-sunod ng pag-aayos (teorya ng istruktura
A.M. Butlerov), ang distansya sa pagitan ng mga atomo at ang geometry ng mga molekula at SE ( stereochemistry- Van't Hoff at Le Bel).
Sa wakas, ang mga sangkap ay may ilang mga optical (kulay, spectra), elektrikal (dipole moment, mga singil sa mga atom) at magnetic properties, na dapat ipaliwanag sa mga tuntunin ng kanilang istraktura.
Ang mga ideya tungkol sa likas na katangian ng mga puwersa ng atraksyon sa pagitan ng mga atomo ay sumunod sa mga dakilang pagtuklas sa pisika: ang pagtuklas ng batas ng unibersal na grabitasyon - ang teorya ng pakikipag-ugnayan ng gravitational ng mga atomo (Bergman at Berthollet); pagtuklas ng mga electrical phenomena - electrochemical theory (Berzelius); ang pagtuklas ng mga electron ay humantong sa pag-unlad ng tinatawag na mga elektronikong teorya ng mga bono ng kemikal (Morozov, Kossel, Lewis, Pisarzhevsky, Mikhailenko, Heitler at London, Mulliken at Hund, at iba pa).
Ang modernong teorya ng istruktura ng mga bono ng kemikal ay batay sa quantum mechanical na mga konsepto ng paggalaw ng mga electron sa mga atomo, molekula at iba pang mga sangkap ng CE; napatunayan nito na ang atraksyon sa pagitan ng mga atomo ay maaaring katawanin bilang isang electrostatic na pakikipag-ugnayan ng mga ulap ng elektron at positibong sisingilin na nuclei.
Ang mga pangunahing katangian ng bono ng kemikal
Ang kemikal na bono ay isang pagbawas sa enerhiya ng mga atomo sa panahon ng pagbuo ng isang molekula o CE. Enerhiya Ang isang kemikal na bono ay maaaring tukuyin bilang ang enerhiya na kinakailangan upang masira ang bono na iyon. Para sa isang diatomic molecule, ito ay katumbas ng enerhiya (enthalpy) ng dissociation, halimbawa:
H 2 \u003d 2H, ΔH 0 \u003d En-n \u003d 432 kJ.
Sa kaso ng mga polyatomic molecule, ang nagbubuklod na enerhiya ay nakasalalay sa estado ng mga reactant at produkto. kaya lang ang mga lakas ng sunud-sunod na pagkasira ng magkatulad na mga bono ay hindi katumbas ng bawat isa, Halimbawa, sa isang methane molecule:
CH 4 ® CH 3 + H, E 1 \u003d 427 kJ / mol;
CH 3 ® CH 2 + H, E 2 \u003d 368 kJ / mol;
CH 2 ® CH + H, E 3 \u003d 519 kJ / mol;
CH ® C + H, E 14 \u003d 335 kJ / mol;
CH 4 ® C + 4H, 4Es-n \u003d 1649 kJ / mol.
Gayunpaman, ang kanilang kabuuan ay katumbas ng enerhiya ng sabay-sabay na pagkasira ng lahat ng mga bono. Ang average na enerhiya ng apat na bono na ito, Ec-n = 1649/4 » 412 kJ, ay kapansin-pansing naiiba sa bawat isa sa apat. Sa kabilang banda, mayroong isang tinatayang pattern: Ang mga bono ng kemikal sa pagitan ng parehong mga atomo sa iba't ibang mga molekula ay humigit-kumulang pareho, kung ang mga atomo ay nasa parehong mga estado ng valence. Ang valence state ng isang atom ay nauunawaan bilang ang bilang at uri (tingnan sa ibaba) ng mga kemikal na bono na nabuo nito sa compound na isinasaalang-alang. Iyon ang dahilan kung bakit naiiba ang mga enerhiya ng sunud-sunod na pagkasira ng mga bono sa mitein.
Ipinapakita ng talahanayan 4.1 ang average na halaga ng mga enerhiya ng mga bono ng kemikal, na halos pareho para sa iba't ibang mga compound.
Ang iba pang mga regularidad ay maaari ding tandaan. Halimbawa, ang mga enerhiya ng mga bono ng kemikal sa pagitan ng parehong dalawang atom ay maaaring mag-iba ng halos 2 at 3 beses. Ito ay humantong sa pagpapakilala ng konsepto ng single (single), double at triple bond (E c-c "350, E c=c" 600, E cºc "820 kJ/mol). Ang tampok na ito ay tinatawag na multiplicity ng komunikasyon.
Ipinakita rin na sa serye ng mga compound ng parehong uri, ang nagbubuklod na enerhiya ay regular na nagbabago: E n-F > E H-Cl > E n-Br > E n-I.
Gayunpaman, sa isa pang serye, ang nagbubuklod na enerhiya ay nagbabago nang hindi regular:
E F-F< E Cl-Cl >E Br-Br > E I-I, na nangangailangan ng paliwanag mula sa pananaw ng istruktura ng mga molekula.
Haba ng link. Hindi tulad ng laki ng isang atom, maaari itong matukoy nang tumpak: ito ay katumbas ng distansya sa pagitan ng mga sentro ng kalapit na mga atomo sa isang molekula. Ang mga haba ng bono ay may parehong pagkakasunud-sunod ng magnitude (> 100 pm) bilang ang mga diameter ng mga atomo - ito ay isang maliit na konklusyon, dahil ang kondisyon (epektibo) na radii ng mga atomo ay matatagpuan sa pamamagitan ng paghahati ng mga internuclear na distansya sa dalawang bahagi. Iyon ay, ang haba ng bono ay maaaring humigit-kumulang na tinutukoy sa pamamagitan ng pagdaragdag ng kaukulang radii ng mga atomo o ion:
d A-B » r A + r B » (d A-A + d B-B) /2
Ang mga haba ng bono ay nakadepende sa valence state ng mga atom, iyon ay, halimbawa, sa bond multiplicity: d c-c » 154 pm, d c=c » 134 pm at
d сºс » 120 pm.
Ang paghahambing ng mga haba ng bono sa kanilang mga enerhiya ay nagpapakita na mayroong isang kabaligtaran na relasyon sa pagitan nila: mas mahaba ang haba, mas mababa ang nagbubuklod na enerhiya(Talahanayan 4.1). Mayroon ding regular na pagbabago sa mga haba ng mga bono ng parehong uri depende sa posisyon ng mga elemento sa Periodic system, na dahil sa magkatulad na pagbabago sa laki ng mga atomo at ion.
Talahanayan 4.1
Average na enerhiya (E St) at haba (d St) ng ilang kemikal na bono
Mga anggulo ng Valence- mga anggulo sa pagitan ng mga bono na nabuo ng isang atom sa isang molekula o CE. Nakasalalay sila sa likas na katangian ng mga atomo (ang kanilang elektronikong istraktura) at ang likas na katangian ng bono ng kemikal (covalent, ionic, hydrogen, metallic, ordinary, multiple). Ang mga anggulo ng bono ay kasalukuyang napakatumpak na tinutukoy ng parehong mga pamamaraan tulad ng mga haba ng bono. Halimbawa, ipinakita na ang mga molekula ng AB 2 ay maaaring linear (CO 2) o angular (H 2 O), AB 3 - triangular (BF 3) at pyramidal (NH 3), AB 4 - tetrahedral (CH 4), o parisukat (PtCl 4) -, o pyramidal (SbCl 4) -, AB 5 - trigonal-bipyramidal (PCl 5), o tetragonal-pyramidal (BrF 5), AB 6 - octahedral (AlF 6) 3 - atbp.
Ang mga anggulo ng bono ay natural na nagbabago sa pagtaas ng serial number sa Periodic Table. Halimbawa, ang H-E-H angle para sa H 2 O, H 2 S, H 2 Se ay bumababa (104.5; 92 at 90 0, ayon sa pagkakabanggit).
Ang mga enerhiya, haba, at anggulo ng mga bono ay nagdadala ng mahalagang impormasyon tungkol sa likas na katangian ng isang kemikal na bono. Ang kaugnayan sa pagitan ng elektronikong istraktura ng mga molekula at mga katangiang ito ay isinasaalang-alang sa ibaba.
Spectra ng mga molekula. Napakahalaga para sa pagtukoy ng laki, geometry at elektronikong istraktura ng mga molekula at condensed substance ang kanilang spectra. Karaniwang kinakatawan nila ang pag-asa ng intensity (I) ng pagsipsip o paglabas ng enerhiya ng isang substance (sa anyo ng mga photon, electron o ions) sa enerhiya ng isang panlabas na aksyon sa substance. Kung saan ako ay karaniwang sinusukat sa pamamagitan ng bilang ng quanta bawat yunit ng oras bawat yunit ng ibabaw o volume, at ang sukat ng enerhiya - sa mga yunit ng enerhiya, dalas o haba ng daluyong.
Sa agham, kasalukuyang mayroong isang malaking bilang ng mga spectral na pamamaraan para sa pag-aaral ng mga sangkap na malaki ang pagkakaiba sa mga uri ng pagkakalantad (mga radio wave, infrared, nakikita o ultraviolet light, X-ray at g-ray, elementary particle beams - electron, positrons, protons, neutrons ..... ), mga uri ng naitalang phenomena na nauugnay sa mga elemento ng istruktura ng bagay.
Ang mga pamamaraan ng electron spectroscopy sa ultraviolet at nakikitang mga rehiyon ng spectrum ay nagrerehistro at pag-aralan ang mga paglipat ng mga valence electron mula sa isang elektronikong estado patungo sa isa pa (ito ay tumutugma sa mga paglipat sa pagitan ng mga valence atomic orbital). Ang mga transition ay tumutugma sa mga linyang E 1, E 2 at E 3 na ipinapakita sa Figure 3.1.
Ang mga pamamaraan ng infrared vibrational spectroscopy ay pinag-aaralan ang mga vibrations ng mga atom sa mga molecule at condensed substance. Ipinakita ng mga pag-aaral na ang mga vibrations na ito, tulad ng mga electronic transition, ay binibilang. Ang mga transition energies para sa isang bono ay regular na nagbabago (DEcol. sa Fig. 3.1).
Ang pagsukat at pag-aaral ng mga transition na ito, pati na rin ang rotation spectra ng mga molekula, ay ginagawang posible upang matukoy ang enerhiya ng bono, laki at hugis ng mga molekula.
Magnetic na katangian. Tulad ng nalalaman mula sa kurso ng pisika, ang lahat ng mga sangkap ay nakikipag-ugnayan sa isang magnetic field. Mayroong dalawang pangunahing uri ng pakikipag-ugnayan ng bagay sa isang magnetic field.
1. Paramagnetic pakikipag-ugnayan - ang mga atomo at molekula ng isang sangkap ay may mga hindi magkapares na mga electron, ang sangkap ay na-magnetize sa isang magnetic field at iginuhit sa pagitan ng mga pole ng magnet.
2. Diamagnetic pakikipag-ugnayan - sa mga atomo at molekula ng isang sangkap, ang lahat ng mga electron ay ipinares, ang mga magnetic moment ay nabayaran, ang sangkap ay hindi na-magnetize, ngunit nakakaranas ng bahagyang pagtanggi mula sa interpolar space.
Sa unang kaso, ang mga linya ng magnetic field ay pinalapot, at sa pangalawa, ang mga ito ay bihira sa ilalim ng pagkilos ng sangkap. Kabilang sa mga paramagnetic substance ang lahat ng atoms (Li, B, N, F, atbp.), pati na rin ang mga molecule (NO, NO 2 , CO + , N 2 + , 3+) na may kakaibang bilang ng mga electron. Ang ilang mga molekula at sangkap na may pare-parehong bilang ng mga electron ay paramagnetic din (O 2 , F 2 2+, 2+, atbp.) Malinaw, ang mga katotohanang ito ay nauugnay sa elektronikong istruktura ng mga katumbas na sangkap.
Ang iba pang mga uri ng interaksyon - ferromagnetic at antiferromagnetic - ay resulta ng interaksyon ng elementarya na mga magnet (hindi magkapares na mga electron) ng mga kalapit na atomo at molekula sa isang substansiya at hindi isasaalang-alang sa kursong ito.
Enerhiya ng bono ay ang enerhiya na inilabas sa panahon ng pagbuo ng isang molekula mula sa mga solong atomo. Ang nagbubuklod na enerhiya ay ang enerhiya na nasisipsip kapag ang dalawang atomo ay pinaghihiwalay ng isang walang katapusang distansya mula sa isa't isa. At ang enthalpy ng pagbuo ay ang init na inilabas kapag ang isang sangkap ay nakuha mula sa mga simpleng sangkap, iyon ay, nagsasalita sa wika ng mga enerhiya ng bono, una ang mga atomo ng mga simpleng sangkap ay kumakalat sa isang walang katapusang mahabang distansya (na may pagsipsip ng enerhiya ), pagkatapos ay pinagsama sila upang mabuo ang ninanais na sangkap (inilabas ang enerhiya ). Ang pagkakaiba ay ang enthalpy ng pagbuo.
Ang nagbubuklod na enerhiya ay naiiba sa ΔH arr. Ang init ng pagbuo ay ang enerhiya na inilabas o hinihigop sa panahon ng pagbuo ng mga molekula mula sa mga simpleng sangkap. Kaya:
N 2 + O 2 → 2NO + 677.8 kJ / mol - ∆H arr.
N + O → HINDI - 89.96 kJ / mol - E St.
Para sa mga molekula ng diatomic, ang enerhiya ng bono ay katumbas ng enerhiya ng dissociation na kinuha sa kabaligtaran na tanda: halimbawa, sa molekula ng F 2, ang enerhiya ng bono sa pagitan ng mga atomo ng F-F ay - 150.6 kJ / mol.
Para sa mga polyatomic molecule na may isang uri ng bond, halimbawa, para sa AB n molecules, ang average na binding energy ay 1/n bahagi ng kabuuang enerhiya ng pagbuo ng isang tambalan mula sa mga atomo. Kaya, ang enerhiya ng pagbuo ng CH 4 \u003d -1661.1 kJ / mol. Dahil mayroong apat na bono sa molekula ng CH 4, ang enerhiya ng isang bono ng C-H ay 415.3 kJ / mol. Ang isang pag-aaral ng isang malaking katawan ng kasalukuyang kilalang data sa mga nagbubuklod na enerhiya ay nagpapakita na ang nagbubuklod na enerhiya sa pagitan ng isang partikular na pares ng mga atomo ay madalas na nagiging isang pare-parehong halaga, sa kondisyon na ang natitirang bahagi ng molekula ay nagbabago nang kaunti. Kaya, sa saturated hydrocarbons E st (C - H) = 415.3 kJ / mol, E st (C - C) = 331.8 kJ / mol.
Ang mga bond energies sa mga molecule na binubuo ng magkakahawig na mga atom ay bumababa sa mga grupo mula sa itaas hanggang sa ibaba. Sa paglipas ng panahon, ang mga bond energies ay tumataas. Sa parehong direksyon, ang electron affinity ay tumataas din.
Sa huling talata, nagbigay kami ng isang halimbawa ng pagkalkula ng thermal effect ng isang reaksyon:
C (tv) + 2 H 2 (g) \u003d CH 4 (g) + 76 kJ / mol.
Sa kasong ito, ang 76 kJ ay hindi lamang ang thermal effect ng kemikal na reaksyong ito, kundi pati na rin init ng pagbuo ng methane mula sa mga elemento .
Ang ENTHALPY ay ang thermal effect ng isang reaksyon, sinusukat (o kinakalkula) para sa kaso kapag ang reaksyon ay naganap sa isang bukas na sisidlan (i.e. sa pare-pareho ang presyon). Tinukoy bilang ∆H.
Kapag ang dami na inookupahan ng mga produkto ng reaksyon ay naiiba mula sa dami na inookupahan ng mga reactant, ang sistema ng kemikal ay maaaring gumawa ng karagdagang trabaho PΔV (kung saan ang P ay ang presyon at ΔV ay ang pagbabago sa dami). Samakatuwid, ang ΔН at ΔЕ ay magkakaugnay ng kaugnayan:
ΔH = ΔE + PΔV
Kaya, kung ang reaksyon ay hindi isinasagawa sa isang "bomba", pagkatapos ay ang ENTHALPY at HEAT EFFECT ay nag-tutugma sa bawat isa. Ang enthalpy ay tinatawag ding "heat content". Kung isinasagawa namin ang reaksyon ng pagkuha ng tubig sa isang bukas na sisidlan, kung gayon ang 286 kJ / mol ay ang "init" ΔH na nilalaman sa hydrogen at oxygen para sa kaso kapag nakatanggap kami ng tubig mula sa kanila. Dahil ang mga paunang sangkap (hydrogen at oxygen) ay nasa aming eksperimento sa ilalim ng mga karaniwang kondisyon (25 ° C at isang presyon ng 1 atm), at dinala din namin ang produkto ng reaksyon (tubig) sa mga karaniwang kondisyon, may karapatan kaming sabihin na 286 Ang kJ / mol ay STANDARD HEAT OF FORMATION OF WATER o, ano ang pareho - STANDARD ENTHALPY OF FORMATION OF WATER. Kung makuha natin mula sa parehong mga elemento hindi tubig, ngunit hydrogen peroxide H 2 O 2, kung gayon ang "nilalaman ng init" ng naturang sistema ng kemikal ay magkakaiba (187.6 kJ / mol). Sa panahon ng mga reaksyon sa pagbuo ng 1 mol ng tubig o 1 mol ng H 2 O 2, isang iba't ibang dami ng enerhiya ang inilabas, na inaasahan. Sa mga sumusunod, mas madalas nating tinutukoy ang karaniwang init ng pagbuo ng mga sangkap bilang karaniwang enthalpy ng pagbuo ΔН. Upang bigyang-diin ang bisa ng halagang ito para lamang sa pamantayan mga kondisyon, sa mga talahanayan ito ay itinalaga bilang mga sumusunod: ΔН tungkol sa 298
Ang isang maliit na "zero" sa tabi ng ΔH ay tradisyonal na sumisimbolo sa isang tiyak na karaniwang estado, at ang numero 298 ay nagpapaalala na ang mga halaga ay ibinibigay para sa mga sangkap sa 25 ° C (o 298 K). Karaniwang enthalpy hindi kinakailangan dapat ay ang enthalpy ng pagbuo ng substance mula sa mga elemento. Maaari mong makuha ang halaga ng karaniwang enthalpy ΔH tungkol sa 298 para sa anumang kemikal na reaksyon. Ngunit sa aming kaso, sa paggawa ng tubig mula sa hydrogen at oxygen, nakuha namin ang eksaktong karaniwang enthalpy ng pagbuo ng tubig. Ito ay nakasulat bilang mga sumusunod: H 2 + 0.5 O 2 \u003d H 2 O (ΔH o 298 \u003d -286 kJ / mol)
Saan nagmula ang minus sign sa harap ng thermal effect? Dito ang may-akda na may buntong-hininga ay dapat ipaalam sa mambabasa ang tungkol sa isa pang tampok ng representasyon ng init (at enthalpy) sa thermodynamics. Ito ay tinatanggap dito nawala kumakatawan sa enerhiya ng anumang sistema may minus sign. Isaalang-alang, halimbawa, ang pamilyar na sistema ng methane at oxygen molecules. Ang resulta exothermic nagaganap ang mga reaksyon sa pagitan nila. pagpili init: CH 4 (g) + 2 O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 2 H 2 O (g) + 890 kJ
Ang reaksyong ito ay maaari ding isulat ng isa pang equation, kung saan ang pinakawalan ("nawala") na init ay may minus sign: CH 4 (g) + 2 O 2 (g) - 890 kJ = CO 2 (g) + 2 H 2 O (l)
Sa pamamagitan ng tradisyon, ang enthalpy nito at iba pa exothermic ang mga reaksyon sa thermodynamics ay karaniwang isinusulat na may tanda "minus": ΔН о 298 = –890 kJ/mol (inilabas ang enerhiya).
Sa kabaligtaran, kung bilang isang resulta endothermic sistema ng reaksyon Nilunok enerhiya, pagkatapos ay ang enthalpy ng tulad ng isang endothermic reaksyon ay nakasulat na may sign "plus". Halimbawa, para sa pamilyar na reaksyon para sa pagkuha ng CO at hydrogen mula sa karbon at tubig (kapag pinainit): C (tv) + H 2 O (g) + 131.3 kJ = CO (g) + H 2 (g)
(ΔН mga 298 = +131.3 kJ / mol)
Kailangan mo lamang masanay sa tampok na ito ng termodinamikong wika, bagaman sa una ang pagkalito sa mga palatandaan ay maaaring nakakainis kapag nilulutas ang mga problema.
Subukan muna nating lutasin ang parehong problema sa thermodynamic scale (kung saan ang init na inilabas ng reaksyon ay may minus sign), at pagkatapos ay in thermochemical scale (na ginamit namin sa nakaraang talata at kung saan ang enerhiya na inilabas ng reaksyon ay may plus sign).
Kaya, magbigay tayo ng isang halimbawa ng pagkalkula ng epekto ng init ng reaksyon: Fe 2 O 3 (tv) + 3 C (graphite) \u003d 2 Fe (tv) + 3 CO (g)
Ang reaksyong ito ay nagaganap sa isang blast furnace sa napakataas na temperatura (mga 1500°C). Sa mga sangguniang aklat kung saan thermodynamic scale, mahahanap mo ang karaniwang heats ng pagbuo ng Fe 2 O 3 (ΔH o 298 \u003d -822.1 kJ / mol) at CO (ΔH o 298 \u003d - 110.5 kJ / mol). Ang iba pang dalawang sangkap sa equation na ito, carbon at iron, ay mga elemento, ibig sabihin, ang init ng kanilang pagbuo ay, sa pamamagitan ng kahulugan, zero. Samakatuwid, ang karaniwang init ng reaksyon na isinasaalang-alang ay katumbas ng:
ΔН mga 298 = 3× (-110.5) - (-822.1) = -331.5 + 822.1 = +490.6 kJ
Kaya, ang reduction reaction ng iron oxide (III) carbon ay endothermic(ΔН tungkol sa 298 ay positibo!), At ang pagbabawas ng isang nunal ng Fe 2 O 3 na may tatlong moles ng carbon ay mangangailangan ng 490.6 kJ kung ang mga panimulang materyales bago ang simula ng reaksyon at ang mga produkto pagkatapos ng pagtatapos ng reaksyon ay nasa ilalim karaniwang mga kondisyon (iyon ay, sa temperatura ng silid at presyon ng atmospera). Hindi mahalaga na ang mga panimulang materyales ay kailangang magpainit nang malakas upang mangyari ang reaksyon. Ang halaga ng ΔН о 298 = +490.6 kJ ay sumasalamin sa "purong" thermal effect ng endothermic reaction, kung saan ang mga reactant ay unang pinainit ng isang panlabas na pinagmumulan ng init mula 25 hanggang 1500 ° C, at sa dulo ng reaksyon ang mga produkto pinalamig muli sa temperatura ng silid, na nagbibigay ng lahat ng init sa kapaligiran . Sa kasong ito, ang ibinigay na init ay magiging mas mababa kaysa sa dapat itong gastusin sa pag-init, dahil ang bahagi ng init ay nasisipsip sa reaksyon.
Gawin natin ang parehong pagkalkula gamit thermochemical sukat. Ipagpalagay na alam natin ang init ng pagkasunog ng carbon at iron sa oxygen (sa pare-parehong presyon):
1) C + 1/2 O 2 = CO + 110.5 kJ
2) 2 Fe + 3/2 O 2 = Fe 2 O 3 + 822.1 kJ
Upang makuha ang thermal effect ng reaksyon ng interes sa amin, i-multiply namin ang unang equation sa 3, at muling isulat ang pangalawa sa reverse order:
1) 3 C + 3/2 O 2 = 3 CO + 331.5 kJ
2) Fe 2 O 3 + 822.1 kJ = 2 Fe + 3/2 O 2
Ngayon idagdag ang parehong termino ng equation ayon sa termino: 3 C + 3/2 O 2 + Fe 2 O 3 + 822.1 kJ = 3 CO + 331.5 kJ + 2 Fe + 3/2 O 2
Matapos bawasan ang oxygen sa parehong bahagi ng equation (3/2 O 2) at paglilipat ng 822.1 kJ sa kanang bahagi, nakukuha namin ang: 3 C + Fe 2 O 3 \u003d 3 CO + 2 Fe - 490.6 kJ
kinetika ng mga reaksiyong kemikal- isang sangay ng pisikal na kimika na nag-aaral ng mga pattern ng mga reaksiyong kemikal sa oras, ang pagdepende ng mga pattern na ito sa mga panlabas na kondisyon, gayundin ang mga mekanismo ng mga pagbabagong kemikal. Ang kinetika ng kemikal ay ang agham ng mga bilis at pattern ng mga proseso ng kemikal sa oras.
Pinag-aaralan ng mga kinetika ng kemikal ang mekanismo ng proseso, i.e. ang mga intermediate na yugto, na binubuo ng mga elementarya na gawain, kung saan ang sistema ay dumadaan mula sa paunang estado hanggang sa huling.
Pinag-aaralan ng chemical kinetics ang mga rate ng mga hakbang na ito at ang mga salik na nakakaapekto sa rate ng mga ito.
Ang equation ng reaksyon ng kemikal ay nagpapakita ng paunang estado ng system (mga paunang sangkap) at ang huling estado nito (mga produkto ng reaksyon), ngunit hindi sumasalamin sa mekanismo ng proseso.