الروابط الكيميائية والبنية الجزيئية. كيفية حساب طاقة الاتصال الملاك - الطاقة العالمية - طاقة الحياة

الروابط الكيميائية والبنية الجزيئية

ومع دراسة خواص المواد، ظهرت الحاجة إلى شرحها ووصفها. بادئ ذي بدء، حقيقة تكوين الجزيئات والوحدات الهيكلية (SU) من الذرات، أي التفسير المطلوب. طبيعة وحجم طاقة جذب الذرات في المواد - طاقة الروابط الكيميائية.

كما تم إنشاء خاصية خاصة للرابطة الكيميائية، والتي

يمكن تعريف السرب بأنه التشبع:الذرة في الجزيء أو CE لديها معينة التكافؤوقد يكون لها عدد قليل من التكافؤ. بالنسبة لخصائص الجزيئات وCE، من المهم ليس فقط عدد ذرات معينة فيها، ولكن أيضًا ترتيب الترتيب (نظرية البنية
أكون. بتليروف)، المسافة بين الذرات وهندسة الجزيئات و CE ( الكيمياء المجسمة- فانت هوف و لو بيل).

وأخيرًا، تتمتع المواد بخصائص بصرية معينة (اللون والأطياف) وكهربائية (العزم ثنائي القطب والشحنات على الذرات) وخصائص مغناطيسية يجب تفسيرها من حيث بنيتها.

تبعت الأفكار حول طبيعة قوى الجذب بين الذرات الاكتشافات العظيمة في الفيزياء: اكتشاف قانون الجاذبية العالمية - نظرية تفاعل الجاذبية للذرات (بيرجمان وبرتوليت)؛ اكتشاف الظواهر الكهربائية - النظرية الكهروكيميائية (بيرسيليوس)؛ أدى اكتشاف الإلكترونات إلى تطوير ما يسمى بالنظريات الإلكترونية للروابط الكيميائية (موروزوف، كوسيل، لويس، بيسارزيفسكي، ميخائيلينكو، هيتلر ولندن، موليكين وهوند، وما إلى ذلك).

تعتمد النظرية الحديثة لبنية الروابط الكيميائية على مفاهيم ميكانيكا الكم لحركة الإلكترونات في الذرات والجزيئات وغيرها من المواد CE؛ لقد أثبت أن التجاذب بين الذرات يمكن تمثيله بالتفاعل الكهروستاتيكي بين السحب الإلكترونية والنواة الموجبة الشحنة.

الخصائص الأساسية للرابطة الكيميائية

الرابطة الكيميائية هي انخفاض في طاقة الذرات أثناء تكوين الجزيء أو CE. طاقةيمكن تعريف الرابطة الكيميائية بأنها الطاقة اللازمة لكسر تلك الرابطة. بالنسبة للجزيء ثنائي الذرة فهو يساوي طاقة (المحتوى الحراري) للتفكك، على سبيل المثال:

H 2 = 2H، ΔH 0 = En-n = 432 كيلوجول.

في حالة الجزيئات متعددة الذرات، تعتمد طاقة الارتباط على حالة المواد المتفاعلة والمنتجات. لهذا طاقات الكسر المتسلسل للروابط المتطابقة لا تتساوى مع بعضها البعض،على سبيل المثال في جزيء الميثان:

CH 4 ® CH 3 + H، E 1 = 427 كيلوجول / مول؛

CH 3 ® CH 2 + H، E 2 = 368 كيلوجول / مول؛

CH 2 ® CH + H، E 3 = 519 كيلوجول / مول؛

CH ® C + H، E 14 = 335 كيلوجول / مول؛

CH 4 ® C + 4H، 4Ec-n = 1649 كيلوجول/مول.

ومع ذلك، فإن مجموعها يساوي طاقة الكسر المتزامن لجميع الروابط. متوسط طاقة هذه الروابط الأربعة، Ec-n = 1649/4 » 412 كيلوجول، يختلف بشكل ملحوظ عن كل من الروابط الأربعة. ومن ناحية أخرى، هناك نمط تقريبي: الروابط الكيميائية بين نفس الذرات في الجزيئات المختلفة تكون متماثلة تقريبًا،إذا كانت الذرات في نفس حالات التكافؤ. تُفهم حالة التكافؤ للذرة على أنها عدد ونوع (انظر أدناه) الروابط الكيميائية التي تشكلها في المركب المعني. وهذا هو سبب اختلاف طاقات انقسام الروابط المتتابعة في الميثان.

يوضح الجدول 4.1 متوسط قيم طاقات الروابط الكيميائية، وهي نفسها تقريبًا بالنسبة للمركبات المختلفة.

ويمكن أيضا ملاحظة أنماط أخرى. على سبيل المثال، يمكن أن تختلف طاقات الروابط الكيميائية بين نفس الذرتين بحوالي 2 و3 مرات. أدى ذلك إلى إدخال أفكار حول الروابط المفردة (المفردة)، والثنائية والثلاثية (E c-c » 350، E c=c » 600، E c°c » 820 كيلوجول/مول). وتسمى هذه الخاصية تعدد الاتصالات.

وقد تبين أيضًا أنه في سلسلة المركبات من نفس النوع، تتغير طاقة الارتباط بشكل طبيعي: E n-F > E H-Cl > E n-Br > E n-I.

ومع ذلك، في السلسلة الأخرى تتغير طاقة الربط بشكل غير منتظم:

ه ف-ف< E Cl-Cl >E Br-Br > E I-I، الأمر الذي يتطلب شرحًا من وجهة نظر بنية الجزيئات.

طول الرابط.وعلى عكس حجم الذرة، يمكن تحديده بدقة: فهو يساوي المسافة بين مراكز الذرات المجاورة في الجزيء. أطوال الرابطة لها نفس حجم أقطار الذرات (» 100 م) - وهذا استنتاج تافه، حيث يتم العثور على نصف القطر الشرطي (الفعال) للذرات عن طريق تقسيم المسافات بين النوى إلى جزأين. أي أنه يمكن تحديد طول الرابطة تقريبًا عن طريق إضافة نصف قطر الذرات أو الأيونات المقابل:

د أ-ب » ص أ + ص ب » (د أ-أ + د ب-ب) /2

تعتمد أطوال الروابط على حالة التكافؤ للذرات، أي على سبيل المثال، تعدد الروابط: d c-c » 154 مساءً، d c=c » 134 مساءً و
د с с » 120 م.

وبمقارنة أطوال الروابط مع طاقاتها تبين أن هناك علاقة عكسية بينهما: كلما زاد الطول، انخفضت طاقة الربط(الجدول 4.1). كما أن هناك تغيراً طبيعياً في أطوال الروابط من نفس النوع اعتماداً على مواقع العناصر في الجدول الدوري، وذلك بسبب التغيرات المتشابهة في أحجام الذرات والأيونات.

الجدول 4.1

متوسط الطاقات (Ebv) وأطوال (dbv) لبعض الروابط الكيميائية

زوايا السندات- الزوايا بين الروابط التي تشكلها ذرة واحدة في الجزيء أو CE. وهي تعتمد على طبيعة الذرات (بنيتها الإلكترونية) وطبيعة الرابطة الكيميائية (تساهمية، أيونية، هيدروجينية، معدنية، مفردة، متعددة). يتم الآن تحديد زوايا الروابط بدقة شديدة باستخدام نفس طرق تحديد أطوال الروابط. على سبيل المثال، تبين أن جزيئات التركيب AB 2 يمكن أن تكون خطية (CO 2) أو زاويّة (H 2 O)، AB 3 - مثلثة (BF 3) وهرمية (NH 3)، AB 4 - رباعي السطوح (CH 4)، أو مربع (PtCl 4) -، أو هرمي (SbCl 4) -، AB 5 - ثنائي الهرم ثلاثي الزوايا (PCl 5)، أو هرمي رباعي الزوايا (BrF 5)، AB 6 - ثماني السطوح (AlF 6) 3 - إلخ.

تتغير زوايا الرابطة بشكل طبيعي مع زيادة العدد الذري في الجدول الدوري. على سبيل المثال، تتناقص زاوية H-E-H لـ H 2 O وH 2 S وH 2 Se (104.5؛ 92 و90 0، على التوالي).

توفر طاقات الرابطة وأطوالها وزواياها معلومات مهمة حول طبيعة الرابطة الكيميائية. تتم مناقشة العلاقة بين التركيب الإلكتروني للجزيئات وهذه الخصائص أدناه.

أطياف الجزيئات.أطيافها لها أهمية كبيرة في تحديد الحجم والهندسة والبنية الإلكترونية للجزيئات والمواد المكثفة. وهي تمثل عادةً اعتماد شدة (I) امتصاص أو انبعاث الطاقة بواسطة مادة (في شكل فوتونات أو إلكترونات أو أيونات) على طاقة العمل الخارجي على المادة. حيث أنايتم قياسها عادة بعدد الكمات لكل وحدة زمنية لكل وحدة سطح أو حجم، ويتم قياس مقياس الطاقة بوحدات الطاقة أو التردد أو الطول الموجي.

يوجد في العلوم حاليًا عدد كبير من الطرق الطيفية لدراسة المواد التي تختلف اختلافًا كبيرًا في أنواع التأثير (موجات الراديو، الأشعة تحت الحمراء، الضوء المرئي أو فوق البنفسجي، الأشعة السينية والأشعة السينية، أشعة الجسيمات الأولية - الإلكترونات، البوزيترونات ، البروتونات، النيوترونات.....) أنواع الظواهر المسجلة المرتبطة بالعناصر التركيبية للمادة.

تُستخدم طرق التحليل الطيفي الإلكتروني فوق البنفسجي والمرئي لتسجيل ودراسة انتقالات إلكترونات التكافؤ من حالة إلكترونية إلى أخرى (وهذا يتوافق مع التحولات بين مدارات التكافؤ الذرية). تتوافق التحولات مع الخطوط E 1 و E 2 و E 3 الموضحة في الشكل 3.1.

تتم دراسة الاهتزازات الاهتزازية للذرات في الجزيئات والمواد المكثفة باستخدام طرق التحليل الطيفي الاهتزازي بالأشعة تحت الحمراء. وقد أظهرت الأبحاث أن هذه الاهتزازات، مثل التحولات الإلكترونية، هي كميّة. تتغير الطاقات الانتقالية لرابطة واحدة بشكل طبيعي (DEcol. في الشكل 3.1).

إن قياس ودراسة هذه التحولات، وكذلك أطياف دوران الجزيئات، يجعل من الممكن تحديد طاقة الرابطة وحجم وشكل الجزيئات.

الخواص المغناطيسية.وكما نعلم من مقررات الفيزياء، فإن جميع المواد تتفاعل مع مجال مغناطيسي. هناك نوعان رئيسيان من تفاعل المادة مع المجال المغناطيسي.

1. بارامغناطيسيالتفاعل - تحتوي ذرات وجزيئات المادة على إلكترونات غير متزاوجة، وتكون المادة ممغنطة في مجال مغناطيسي ويتم رسمها بين قطبي المغناطيس.

2. ديامغناطيسيةالتفاعل - في ذرات وجزيئات المادة، يتم إقران جميع الإلكترونات، ويتم تعويض اللحظات المغناطيسية، والمادة غير ممغنطة، ولكنها تعاني من تنافر ضعيف من الفضاء بين القطبين.

في الحالة الأولى تتكثف خطوط المجال المغناطيسي، وفي الثانية تتخلخل تحت تأثير المادة. تشمل المواد البارامغناطيسية جميع الذرات (Li، B، N، F، وما إلى ذلك)، وكذلك الجزيئات (NO، NO 2، CO +، N 2 +، 3+) التي تحتوي على عدد فردي من الإلكترونات. بعض الجزيئات والمواد التي تحتوي على عدد زوجي من الإلكترونات تكون أيضًا ذات مغناطيسية مسايرة (O 2 , F 2 2+ , 2+ , إلخ.) من الواضح أن هذه الحقائق مرتبطة بالتركيب الإلكتروني للمواد المقابلة.

الأنواع الأخرى من التفاعل - المغناطيسية الحديدية والمغناطيسية المضادة - هي نتيجة تفاعل المغناطيسات الأولية (الإلكترونات غير المزدوجة) للذرات والجزيئات المجاورة في المادة ولن يتم أخذها في الاعتبار في هذه الدورة.

وأظهرت مقارنة البيانات المتعلقة بعدد الإلكترونات الموجودة على الغلاف الخارجي مع عدد الروابط الكيميائية التي يمكن أن تشكلها ذرة معينة أن مبادئ تكوين الروابط الكيميائية المحددة في دراسة جزيء الهيدروجين صالحة أيضًا للذرات الأخرى. يحدث هذا لأن الرابطة كهربائية بطبيعتها وتتكون من إلكترونين (واحد من كل ذرة). ولذلك، ينبغي للمرء أن يتوقع وجود علاقة بين طاقة التأين الأولى (FEI) للذرات (التي هي من أصل كهروستاتيكي) وطاقة ربطها في الجزيئات ثنائية الذرة.

البيانات التجريبية حول تحديد طاقة الربط لعدد من الجزيئات ثنائية الذرة (في الطور الغازي) المتكونة من ذرات الفترتين الثانية والثالثة موضحة في الجدول 4.2 وفي الشكل. 4.2.1.

الجدول 4.2

الجزيء أ 2	طاقة الاتصالات (كيلو جول / مول)	مركب	طاقة الربط (كيلو جول/مول)

أرز. 4.2-1 طاقة الربط في جزيئات عناصر الفترتين الثانية والثالثة حسب PEI للعنصر

توضح هذه البيانات (انظر الجدول 4.2، الشكل 4.2-1) أن طاقة الرابطة بين الذرات مستقلة عمليا عن PEI للذرات المرتبطة.

هل من الممكن حقًا أنه في الجزيئات ثنائية الذرة (حيث يوجد أكثر من إلكترون واحد) تتكون الرابطة بآلية مختلفة ويوجد إضافيالقوى التي لم نأخذها في الاعتبار من قبل؟

قبل الانتقال إلى تحديد هذه القوى، دعونا نحاول شرح ذلك استقلالعلى أساس التفاعلات القائمة.
لنبدأ بفحص العوامل الإضافية التي تفسر عدم وجود ارتباط متوقع و استقلالبيانات تجريبية لقياس جزيرة الأمير إدوارد من طاقة الربط في الجزيئات ثنائية الذرة.
دعونا نقسم الجدول (4.2) إلى أربع مجموعات:

المجموعة أتتضمن جزيئات تتكون من ذرات متطابقة ذات طاقة ربط أقل من 40 كيلوجول/مول. وفي الطور الغازي، تتفكك هذه الجزيئات إلى ذرات.

المجموعة بتتضمن جزيئات ثنائية الذرة تتكون من ذرات متطابقة، تتراوح طاقة ربطها من 400 كيلوجول/مول إلى 1000 كيلوجول/مول. في الواقع، تختلف طاقة الارتباط في هذه الجزيئات اختلافًا كبيرًا مقارنة بطاقة الارتباط في جزيء الهيدروجين، والتي تبلغ 429 كيلوجول/مول.

مجموعةمعتتضمن جزيئات ثنائية الذرة تتكون من ذرات مختلفة، تتراوح طاقة ربطها من 340 كيلوجول/مول إلى 550 كيلوجول/مول.

مجموعةديتضمن جزيئات ثنائية الذرة ذات ذرات متماثلة، طاقة ربطها هي 50-350 كيلوجول/مول.

طاولة 4.4
طاقة الاتصالاتفي الجزيئات

طاقة الربط (kJ/mol) في سلسلة من الجزيئات ثنائية الذرة

المجموعة أ		المجموعة ب
مركب	طاقة الربط	مركب	طاقة الربط
كن 2	30	ج2	602
ني 2	4	ن 2	941
	7.6	O2	493
ع 2	7	ص2	477
		س 2	421
المجموعة ج		المجموعة د
مركب	طاقة	مركب	طاقة
ليف	572	ب 2	274
ناف	447	بي آر 2	190
LiCl	480	Cl2	239
كلوريد الصوديوم	439	ف 2	139
		لي 2	110
		نا 2	72

قبل أن نبدأ في الشرح، دعونا نوضح القضايا التي نحتاج إلى تغطيتها.
أولاًسؤال:
لماذا تكون طاقة الارتباط بين ذرات الإلكترونات المتعددة أقل أو أكبر بكثير (الجدول 4.2) منها في جزيء الهيدروجين (ح2)؟

لتفسير الانحراف الكبير في طاقة الربط في الجزيئات متعددة الذرات عن طاقة الربط في جزيء الهيدروجين، من الضروري تعميق فهمنا لسبب محدودية عدد الإلكترونات في الغلاف الخارجي.
تتم إضافة إلكترون إلى الذرة عندما يكون هناك زيادة في الطاقة، أو بمعنى آخر، إذا مطلققيمة الطاقة المحتملة للنظام الذرة + الإلكترونيزداد نتيجة ارتباط الإلكترون بالذرة. البيانات المتعلقة بألفة الذرة للإلكترون، والموضحة في الجدول 4.3، تعطينا القيمة العددية للكسب في الطاقة عند إضافة إلكترون إلى الذرة.

طاولة 4.3

طاقة التأين الأولى (FEI) والألفة الإلكترونية لعناصر الفترات الأولى والثانية والثالثة في جدول العناصر (kJ/mol)




التقارب




التقارب

عند إضافة إلكترون إلى الذرة فإن الطاقة الكلية لجذب الإلكترونات إلى النواة تزداد بسبب زيادة عدد الإلكترونات المنجذبة إلى النواة. ومن ناحية أخرى، تزداد طاقة التنافر بين الإلكترونات بسبب زيادة عدد الإلكترونات. وهذا يعني أن إضافة إلكترون إلى الذرة يحدث إذا كان اكتساب الطاقة الجذابة نتيجة لهذه الرابطة أكبر من فقدان الطاقة بسبب زيادة الطاقة التنافرية.

حساب تغير الطاقة عند إضافة إلكترون إلى الذرة هيدروجينيعطي كسب الطاقة من 3.4 فولت. وهذا يعني أن ذرة الهيدروجين يجب أن يكون لها ألفة إلكترونية موجبة. وهذا ما لوحظ في التجربة.

عملية حسابية مشابهة للتغير في الطاقة الكامنة عند إضافة إلكترون إلى الذرة هيليوميوضح أن إضافة الإلكترون لا تؤدي إلى زيادة الطاقة الكامنة، بل إلى انخفاضها. وبالفعل فإن ألفة ذرة الهيليوم، حسب التجربة، أقل من الصفر.

ولذلك فإن القدرة على ربط أو عدم ربط إلكترون بالذرة تتحدد من خلال الاختلافات في التغير في القيم المطلقة للطاقة الكامنة لجذب جميع الإلكترونات إلى النواة والتنافر المتبادل بين الإلكترونات. فإذا كان هذا الفرق أكبر من الصفر فإن الإلكترون سينضم، وإذا كان أقل من الصفر فلن ينضم.

توضح البيانات المتعلقة بالألفة الإلكترونية للذرات الواردة في الجدول 4.3 أنه بالنسبة لذرات الفترات الأولى والثانية والثالثة، بالإضافة إلى ذلك يكون،ملغ،ني،آرالزيادة في الطاقة الجاذبة أثناء إضافة الإلكترونات إلى النواة أكبر من الزيادة في الطاقة التنافرية.
في حالة الذرات يكون،ملغ،ني،ع,إن الزيادة في طاقة الجذب أثناء ارتباط الإلكترونات بالنواة أقل من الزيادة في طاقة التنافر بين الإلكترونات. التأكيد المستقل لهذا الاستنتاج هو المعلومات الموجودة في جزيرة الأمير إدوارد لذرات الفترتين الثانية والثالثة، الواردة في الجدول 4.2 (المجموعة أ).

عند تكوين رابطة كيميائية فإن عدد الإلكترونات الموجودة على الأغلفة الإلكترونية الخارجية للذرات يزيد بمقدار إلكترون واحد، وحسب حساب نموذج جزيء الهيدروجين ن 2،تتغير الشحنات الفعالة للذرات المرتبطة. تتغير الشحنات الفعالة للنواة المرتبطة بسبب تجاذب النوى المشحونة، وبسبب زيادة عدد الإلكترونات في الأغلفة الخارجية للذرات المرتبطة.

في جزيء الهيدروجين، يؤدي تقريب النوى من بعضها البعض إلى زيادة قوة جذب الإلكترونات الرابطة إلى النوى بنسبة 50%، وهو ما يعادل زيادة في الشحنة الفعالة للنواة المرتبطة بمقدار 0.5 وحدة بروتون (انظر: الفصل 3).

من حيث اكتساب الطاقة، فإن تكوين الرابطة يشبه عملية وسيطة بين إضافة إلكترون إلى ذرة محايدة (قياس تقارب الإلكترون) وإضافة إلكترون إلى ذرة تزيد شحنتها النووية بمقدار وحدة واحدة.

وفقًا للجدول 4.3، عند الانتقال من الليثيوم (جزيرة الأمير إدوارد - 519 كيلو جول/مول) إلى البريليوم (جزيرة الأمير إدوارد - 900 كيلو جول/مول)، تزيد جزيرة الأمير إدوارد بمقدار 400 كيلو جول/مول، وعند الانتقال من البريليوم إلى البورون (جزيرة الأمير إدوارد - 799 كيلو جول/مول) ) يتم تقليل اكتساب الطاقة إلى 100 كيلوجول / مول.
تذكر أن الغلاف الإلكتروني الخارجي للبورون يحتوي على 3 إلكترونات، والغلاف الخارجي للبريليوم يحتوي على إلكترونين. أي أنه عندما يرتبط إلكترون بالبريليوم مع زيادة متزامنة في الشحنة النووية بمقدار وحدة بروتون واحدة، فإن الإلكترون المرتبط يدخل الغلاف الخارجي للبريليوم، وستكون الزيادة في الطاقة أقل بمقدار 100 كيلو جول/مول مما كانت عليه عندما يدخل الإلكترون إلى البريليوم. الغلاف الخارجي من الليثيوم (أثناء التحول من الليثيوم إلى البريليوم).

الآن أصبح الانخفاض الحاد في طاقة الارتباط للذرات ذات الألفة السلبية للذرة والإلكترون، المشار إليه في الجدول 4.3، أمرًا مفهومًا تمامًا. ومع ذلك، على الأقل ني،يكون،ملغ،آرلا تضيف الإلكترونات، فإنها تخلق جزيئات، لأن تزداد الشحنة النووية الفعالة. طاقة الربط في هذه الجزيئات (المجموعة أ) أقل بكثير من الجزيئات الأخرى.

الآن دعونا نجيب ثانيةسؤال: لماذا تظهر طاقة الربط في الجزيئات ثنائية الذرة من المجموعة B في الجدول 4.2؟ 1.5-2 مرات أكبر من طاقة الربط في جزيء الهيدروجين؟

على الأغلفة الخارجية لذرات الكربون (ج)،نتروجين (ن)والأكسجين (س)هناك 4 و 5 و 6 إلكترونات على التوالي. عدد الروابط التي تشكلها هذه الذرات محدود بعدد الإلكترونات الإضافية التي يمكن أن تدخل الغلاف الخارجي عند تكوين الرابطة. لذلك ذرات الكربون (ج)،نتروجين (ن)والأكسجين (أو) يمكن أن تشكل 4 و 3 و 2 روابط كيميائية على التوالي. وبناء على ذلك، بين الذرتين الموضحتين في الجدول 4.4، لا يمكن أن تتشكل روابط كيميائية واحدة، بل عدة روابط كيميائية، مما يعني زيادة أكبر بكثير في الطاقة مقارنة بتكوين رابطة واحدة في جزيء ثنائي الذرة، حيث تحتوي الذرات المرتبطة على إلكترون واحد في الغلاف الخارجي

إذا كانت الذرات مرتبطة برابطة كيميائية واحدة، فإن هذا الرابط يسمى رابطة واحدة الرابطة الكيميائيةأو الرابطة الكيميائية المشتركة.عندما ترتبط الذرات بعدة روابط كيميائية (ثنائية أو ثلاثية)، تسمى هذه الروابط سندات متعددة. روابط متعددة، على سبيل المثال، في جزيئات النيتروجين (ن2)والأكسجين (O2)يتم وصفها بالصيغ الهيكلية: ن ≡ نو يا = يا.

الآن فكر في المجموعة مع: لماذا تكون طاقة الارتباط في بعض الجزيئات ثنائية الذرة، التي تتكون من ذرات مختلفة، أكبر بكثير من طاقة الارتباط في الجزيئات الأخرى، التي تتكون من نفس الذرات؟

دعونا تفكيك الجزيء كلوريد الصوديوم. تختلف ذرات الصوديوم والكلور بشكل كبير في ارتباطاتها الإلكترونية. نحن نتصور تكوين السندات كعملية من مرحلتين. في المرحلة الأولى، يتم الحصول على مكاسب في الطاقة بسبب ألفة الذرات للإلكترونات. وهذا يعني، من وجهة النظر هذه، اكتساب الطاقة أثناء تكوين الجزيء Cl2، يجب أن يكون أكبر مما كان عليه عند تكوين الجزيء كلوريد الصوديومبسبب اختلاف ارتباطاتها الإلكترونية.

عند حساب جزيء الهيدروجين (الفصل 3)، كانت طاقة الارتباط (الطاقة اللازمة لفصل الجزيئات إلى ذرات) هي مجموع مكونين:

الفرق بين الطاقة الإلكترونية لجزيء الهيدروجين وذرتي الهيدروجين؛

طاقة إضافية تنفق على تسخين الجزيئات غير المقسمة.

من خلال حساب المكون الأول، نحسب طاقة الجزيء، وهي تساوي الفرق بين طاقة جذب نوى ذرات الهيدروجين إلى زوج الإلكترونات الرابطة ومجموع الطاقة التنافرية للقوى البينية والإلكترونية.

لتقدير طاقة جذب النوى لأزواج الإلكترونات المرتبطة، وكذلك لتقدير طاقة التنافر بين الإلكترونات، يجب علينا أولاً معرفة قيمة الشحنة الفعالة للنواة المرتبطة.

إمكانات التأين وطاقة الربط في الجزيئات ثنائية الذرة

يساوي العمل الذي يجب بذله لتقسيم الجزيء إلى قسمين (ذرات، مجموعات ذرات) وإبعادها عن بعضها البعض على مسافة لا نهائية. على سبيل المثال، إذا كان E. x. مع. H 3 C-H في جزيء الميثان، فإن هذه الجزيئات هي مجموعة الميثيل CH 3 وذرة الهيدروجين H، إذا تم أخذ الكيمياء E في الاعتبار. مع. H-H في جزيء الهيدروجين، هذه الجزيئات هي ذرات الهيدروجين. السابق. مع. - حالة خاصة من طاقة الربط (انظر طاقة الربط) , وعادة ما يتم التعبير عنها في كيلوجول / مول(سعر حراري / مول); اعتمادًا على الجزيئات التي تشكل رابطة كيميائية (انظر الرابطة الكيميائية)، فإن طبيعة التفاعل بينها (الرابطة التساهمية، الرابطة الهيدروجينية وأنواع أخرى من الروابط الكيميائية)، تعدد الروابط (على سبيل المثال، الروابط المزدوجة والثلاثية) E. x. مع. لديه قيمة من 8-10 إلى 1000 كيلوجول / مول.بالنسبة للجزيء الذي يحتوي على رابطتين متطابقتين (أو أكثر)، E. ch. مع. كل رابطة (طاقة كسر الرابطة) ومتوسط طاقة الرابطة يساوي متوسط قيمة طاقة كسر هذه الروابط. وبالتالي، فإن طاقة كسر الرابطة HO-H في جزيء الماء، أي التأثير الحراري للتفاعل H 2 O = H O + H هو 495 كيلوجول / مول،طاقة كسر الرابطة H-O في مجموعة الهيدروكسيل - 435 كيلوجول / مول،متوسط E.x. مع.يساوي 465 كيلوجول / مول.الفرق بين قيم طاقات التمزق ومتوسط E. ch. مع. نظرًا لحقيقة أنه أثناء التفكك الجزئي (انظر التفكك) للجزيء (كسر رابطة واحدة)، يتغير التكوين الإلكتروني والترتيب النسبي للذرات المتبقية في الجزيء، ونتيجة لذلك تتغير طاقة تفاعلها. قيمة E. x. مع. يعتمد على الطاقة الأولية للجزيء؛ ويشار إلى هذه الحقيقة أحيانًا باسم اعتماد E. x. مع. على درجة الحرارة. عادة E. س. مع. تؤخذ في الاعتبار الحالات التي تكون فيها الجزيئات في الحالة القياسية (انظر الحالات القياسية) أو عند 0 K. وهذه هي قيم E. x. مع. عادة ما يتم تقديمها في الكتب المرجعية. السابق. مع. - خاصية مهمة تحدد التفاعلية (انظر التفاعلية) المواد المستخدمة في الحسابات الديناميكية الحرارية والحركية للتفاعلات الكيميائية (انظر التفاعلات الكيميائية). السابق. مع. يمكن تحديدها بشكل غير مباشر من قياسات السعرات الحرارية (انظر الكيمياء الحرارية) , عن طريق الحساب (انظر كيمياء الكم) , وأيضًا استخدام التحليل الطيفي الكتلي (انظر التحليل الطيفي الشامل) والتحليل الطيفي (انظر التحليل الطيفي).

"طاقة الروابط الكيميائية" في الكتب

17. طول الرابطة الكيميائية

من كتاب الكيمياء المؤلف دانينا تاتيانا

17. طول الرابطة الكيميائية المسافة بين العناصر الكيميائية هي طول الرابطة الكيميائية - وهي الكمية المعروفة في الكيمياء. يتم تحديده من خلال نسبة قوى الجذب والتنافر للمواد الكيميائية المتفاعلة

03. الطاقة، القوة، الزخم، الطاقة الحركية، السعرات الحرارية...

من كتاب ميكانيكا الأجسام المؤلف دانينا تاتيانا

03. الطاقة، القوة، الدفع، الطاقة الحركية، السعرات الحرارية... في الفيزياء، هناك ارتباك كبير مرتبط باستخدام مفاهيم "الطاقة"، "القوة"، "الدفع" و"الطاقة الحركية". بعيدا عن ذلك، على الرغم من وجود هذه المفاهيم الأربعة في الفيزياء

طاقة المجرة – طاقة الفكر

من كتاب الملائكة الذهبية مؤلف كليمكيفيتش سفيتلانا تيتوفنا

طاقة المجرة – طاقة الفكر 543 = طاقة المجرة هي طاقة الفكر = “الرموز الرقمية”. الكتاب 2. التسلسل الهرمي لكريون 09/06/2011 أنا ما أنا عليه! تحياتي يا معلمة، ماذا أريد أن أعرف اليوم، عزيزي! فتاتي الطيبة! من الجيد أنك

والطاقة هي الطاقة الكونية ( الكونداليني )

من كتاب الملائكة مؤلف كليمكيفيتش سفيتلانا تيتوفنا

والطاقة هي الطاقة الكونية (كونداليني) 617 = الخير فقط، مقابلة الشر وعدم الإصابة به، تهزم الشر = بعد فقدان الإيمان، يفقد الإنسان القدرة على الحب = "رموز الأرقام". الكتاب 2. التسلسل الهرمي لكريون 11/04/14 أنا هو أنا الأب السماوي! أنا الخلود، أنت

الطاقة المغناطيسية - طاقة العصر الجديد (كيبايون)

من كتاب كريون. اخترتك. القناة من خلال نعمة با هلا مؤلف كريون نام با هال

الطاقة المغناطيسية - طاقة العصر الجديد (KPAYON) صديقي العزيز، أنت النور الأعلى الساطع، الذي قرر ذات مرة في جسم الإنسان، من أجل اكتساب تجربة الحياة، الانغماس في واقع شبحي، والذي، بالمعنى الدقيق للكلمة، لا غير موجود، أنا كريون، أحييكم

الملاك – الطاقة العالمية – طاقة الحياة

من كتاب أنا الخلود. محادثات أدبية مع الخالق (مجموعة) مؤلف كليمكيفيتش سفيتلانا تيتوفنا

الملاك - الطاقة العالمية - طاقة الحياة 958 = هناك أشياء كثيرة لا يمكنك رؤيتها بعينيك، عليك أن تراها بروحك - هذه هي الصعوبة = "رموز الأرقام". الكتاب 2. التسلسل الهرمي لكريون ومن يحترق فيه نور العقل لن يرتكب أفعالاً سيئة في العالم. ليفيوس تيطس (قبل 380 سنة

طاقة مجانية – طاقة مقيدة

من كتاب قاموس التحليل النفسي المؤلف لابلانش ج

طاقة مجانية – طاقة مقيدة (الألمانية: freie Energie – gebundene Energie). - الفرنسية: еenergie libre – еenergie liеe. - اللغة الإنجليزية: الطاقة الحرة – الطاقة المرتبطة. – الأسبانية: energia libre – energia ligada. – الإيطالية::energia libеra – energia Legata. – البرتغالية: energia uvre – energia ligada. المصطلحات التي تعني، من وجهة نظر اقتصادية،

12. طاقة العمل وطاقة ضبط النفس

من كتاب أسلوب الحياة الذي نختاره مؤلف فورستر فريدريش فيلهلم

12. طاقة العمل وطاقة ضبط النفس تعتبر تمارين طاقة ضبط النفس مهمة للغاية لتنمية طاقة العمل. من يريد أن يحقق شيئاً محدداً عليه أن يركز كل قواه على هدف واحد. ولذلك عليه أن يقاوم بحزم

من كتاب نيكولا تيسلا. محاضرات. مقالات. بواسطة تسلا نيكولا

الطاقة من البيئة - طواحين الهواء ومحرك الطاقة الشمسية - استخراج الطاقة من حرارة الأرض - الكهرباء من المصادر الطبيعية هناك العديد من المواد الأخرى غير الوقود التي يمكن أن توفر الطاقة. يتم احتواء كمية هائلة من الطاقة، على سبيل المثال، في

رقم 175 تقرير مفتش التحضير الكيميائي للجيش الأحمر ف.ن. باتاشيف إلى رئيس المديرية الرئيسية للجيش الأحمر س.س. كامينيف حول إعادة تنظيم القوات الكيميائية وهيئات الخدمة الكيميائية في الحرب وفي زمن السلم

من كتاب الإصلاح في وثائق ومواد الجيش الأحمر 1923-1928. [الكتاب 2] مؤلف الشؤون العسكرية فريق المؤلفين --

رقم 175 تقرير مفتش التحضير الكيميائي للجيش الأحمر ف.ن. باتاشيف إلى رئيس المديرية الرئيسية للجيش الأحمر س.س. كامينيف حول إعادة تنظيم القوات الكيميائية وهيئات الخدمة الكيميائية في الحرب ووقت السلم رقم 049015/ss 5 مايو 1927 سوف. سرالفحص التحضيري الكيميائي يعتبر ذلك ضروريا

ما هو أعظم: الطاقة المنطلقة أثناء اضمحلال نواة يورانيوم واحدة، أم الطاقة التي تنفقها البعوضة على رفرف جناح واحد؟

من كتاب أحدث كتاب للحقائق. المجلد 3 [الفيزياء والكيمياء والتكنولوجيا. التاريخ والآثار. متنوع] مؤلف كوندراشوف أناتولي بافلوفيتش

ما هو أعظم: الطاقة المنطلقة أثناء اضمحلال نواة يورانيوم واحدة، أم الطاقة التي تنفقها البعوضة على رفرف جناح واحد؟ تبلغ الطاقة المنبعثة أثناء اضمحلال نواة يورانيوم واحدة حوالي 10 على تريليون من الجول، والطاقة التي تنفقها البعوضة على ضربة جناح واحدة تبلغ حوالي 10 على تريليون من الجول.

طاقة الاتصالات

مكتب تقييس الاتصالات

طاقة الروابط الكيميائية

من كتاب الموسوعة السوفيتية الكبرى (بالإنكليزية) للمؤلف مكتب تقييس الاتصالات

ثالثا. إجراء توصيل شبكات اتصالات البث التلفزيوني والإذاعي وتفاعلها مع شبكة اتصالات البث التلفزيوني والإذاعي لمشغل شبكة اتصالات البث التلفزيوني والإذاعي الذي يحتل مكانة مهمة

من كتاب تعليق على قواعد تقديم خدمات الاتصالات مؤلف سوخاريفا ناتاليا فلاديميروفنا

ثالثا. إجراءات ربط شبكات اتصالات البث التلفزيوني والإذاعي وتفاعلها مع شبكة اتصالات البث التلفزيوني والإذاعي لمشغل شبكة اتصالات البث التلفزيوني والإذاعي الذي يشغل موقعًا مهمًا التعليق على الفقرة 14 يتم الاحتفاظ بالسجل بالشكل الذي وضعته وزارة المعلومات والاتصالات.

الطاقة الجنسية هي طاقة المال

من كتاب المال يحبني. الطريق المباشر إلى وفرة الخاص بك! مؤلف تيخونوفا - آين سنيزانا

الطاقة الجنسية هي طاقة المال. الجنس يساوي القوة اخترع كارل يونج، عالم النفس مايكل هاتشينسون، نموذجًا نفسيًا للرجال والنساء، والذي أطلق عليه اسم الأنيما والعداء. واعترف أن كل رجل لديه الداخلية

محاضرة للمعلمين

يمكن تعريف الرابطة الكيميائية (المشار إليها فيما بعد بالرابطة) على أنها تفاعل ذرتين أو أكثر، ونتيجة لذلك يتم تشكيل نظام مجهري متعدد الذرات مستقر كيميائيًا (جزيء، بلوري، معقد، وما إلى ذلك).

يحتل مبدأ الترابط مكانة مركزية في الكيمياء الحديثة، حيث أن الكيمياء في حد ذاتها تبدأ حيث تنتهي الذرة المعزولة ويبدأ الجزيء. في جوهرها، يتم تحديد جميع خصائص المواد من خلال خصائص الروابط فيها. والفرق الرئيسي بين الرابطة الكيميائية والأنواع الأخرى من التفاعلات بين الذرات هو أن تكوينها يتحدد بالتغير في حالة الإلكترونات في الجزيء مقارنة بالذرات الأصلية.

يجب أن توفر نظرية الاتصال إجابات لعدد من الأسئلة. لماذا تتشكل الجزيئات؟ لماذا تتفاعل بعض الذرات بينما لا تتفاعل أخرى؟ لماذا تتجمع الذرات بنسب معينة؟ لماذا يتم ترتيب الذرات بطريقة معينة في الفضاء؟ وأخيرًا، من الضروري حساب طاقة الرابطة وطولها وخصائصها الكمية الأخرى. ينبغي اعتبار توافق المفاهيم النظرية مع البيانات التجريبية معيارًا لحقيقة النظرية.

هناك طريقتان رئيسيتان لوصف التواصل تسمح لك بالإجابة على الأسئلة المطروحة. هذه هي طرق روابط التكافؤ (BC) والمدارات الجزيئية (MO). الأول هو أكثر بصرية وبسيطة. والثاني أكثر صرامة وعالمية. ونظرًا لمزيد من الوضوح، سيكون التركيز هنا على طريقة BC.

تسمح لنا ميكانيكا الكم بوصف الاتصال بناءً على القوانين الأكثر عمومية. على الرغم من وجود خمسة أنواع من الروابط (التساهمية، والأيونية، والمعدنية، والهيدروجينية، وروابط التفاعل بين الجزيئات)، إلا أن الرابطة موحدة بطبيعتها، كما أن الاختلافات بين أنواعها نسبية. جوهر التواصل هو في تفاعل كولوم، في وحدة الأضداد - الجذب والتنافر. إن تقسيم الاتصال إلى أنواع والاختلاف في طرق وصفه لا يشير إلى تنوع الاتصال، بل إلى قلة المعرفة به في المرحلة الحالية من تطور العلم.

ستغطي هذه المحاضرة موضوعات مثل طاقة الروابط الكيميائية، النموذج الميكانيكي الكمي للروابط التساهمية، آليات التبادل والمتلقي والمانح لتكوين الروابط التساهمية، الإثارة الذرية، تعدد الروابط، تهجين المدارات الذرية، السالبية الكهربية للعناصر وقطبية الروابط التساهمية، المفهوم. الطريقة المدارية الجزيئية، والترابط الكيميائي في البلورات.

طاقة الروابط الكيميائية

وفقا لمبدأ الطاقة الأقل، يجب أن تنخفض الطاقة الداخلية للجزيء مقارنة بمجموع الطاقات الداخلية للذرات التي تشكله. تشمل الطاقة الداخلية للجزيء مجموع طاقات تفاعل كل إلكترون مع كل نواة، وكل إلكترون مع كل إلكترون آخر، وكل نواة مع كل نواة أخرى. يجب أن يسود الجذب على النفور.

أهم ما يميز الرابطة هو الطاقة التي تحدد قوتها. يمكن أن يكون مقياس قوة الرابطة هو مقدار الطاقة المستهلكة في كسرها (طاقة تفكك الرابطة) والقيمة التي، عند جمعها على جميع الروابط، تعطي طاقة تكوين جزيء من الذرات الأولية. طاقة كسر الرابطة تكون إيجابية دائمًا. طاقة تكوين الرابطة هي نفسها في الحجم، ولكن لها إشارة سلبية.

بالنسبة للجزيء ثنائي الذرة، تكون طاقة الارتباط مساوية عدديًا لطاقة تفكك الجزيء إلى ذرات وطاقة تكوين الجزيء من الذرات. على سبيل المثال، طاقة الربط في جزيء HBr تساوي كمية الطاقة المنطلقة في العملية H + Br = HBr. من الواضح أن طاقة الارتباط لـ HBr أكبر من كمية الطاقة المنطلقة أثناء تكوين HBr من الهيدروجين الجزيئي الغازي والبروم السائل:

1/2Н 2 (جم) + 1/2Вr 2 (ل) = НBr (جم)،

على قيمة الطاقة لتبخر 1/2 مول Br 2 وعلى قيمة الطاقة لتحلل 1/2 مول H 2 و1/2 مول Br 2 إلى ذرات حرة.

نموذج ميكانيكا الكم للرابطة التساهمية باستخدام طريقة رابطة التكافؤ باستخدام مثال جزيء الهيدروجين

في عام 1927، تم حل معادلة شرودنغر لجزيء الهيدروجين من قبل الفيزيائيين الألمان دبليو هيتلر وإف لندن. وكانت هذه أول محاولة ناجحة لتطبيق ميكانيكا الكم لحل مشاكل الاتصال. لقد وضع عملهم الأسس لطريقة روابط التكافؤ، أو مخططات التكافؤ (VS).

يمكن عرض نتائج الحساب بيانيا في شكل اعتماد قوى التفاعل بين الذرات (الشكل 1، أ) وطاقة النظام (الشكل 1، ب) على المسافة بين نوى ذرات الهيدروجين. سنضع نواة إحدى ذرات الهيدروجين عند أصل الإحداثيات، ونقرب نواة الثانية من نواة ذرة الهيدروجين الأولى على طول محور الإحداثيات. إذا كان دوران الإلكترون غير متوازي، فإن قوى التجاذب (انظر الشكل 1، أ، المنحنى I) والقوى التنافرية (المنحنى II) ستزداد. يتم تمثيل نتيجة هذه القوى بالمنحنى III. في البداية، تسود قوى الجذب، ثم قوى التنافر. عندما تصبح المسافة بين النوى تساوي r 0 = 0.074 نانومتر، تتم موازنة قوة التجاذب مع القوة التنافرية. يتوافق توازن القوى مع الحد الأدنى من طاقة النظام (انظر الشكل 1، ب، المنحنى IV)، وبالتالي الحالة الأكثر استقرارًا. يمثل عمق "البئر المحتملة" طاقة الرابطة E 0 H – H في جزيء H 2 عند الصفر المطلق. هو 458 كيلوجول / مول. ومع ذلك، في درجات الحرارة الحقيقية، يتطلب كسر الروابط طاقة أقل قليلًا E H–H، والتي عند 298 كلفن (25 درجة مئوية) تساوي 435 كيلوجول/مول. الفرق بين هذه الطاقات في جزيء H2 هو طاقة اهتزازات ذرات الهيدروجين (E Coll = E 0 H – H – E H – H = 458 – 435 = 23 كيلوجول/مول).

أرز. 1. اعتماد قوى التفاعل بين الذرات (أ) وطاقة النظام (ب)
على المسافة بين نوى الذرات في جزيء H2

عندما تقترب ذرتان هيدروجين تحتويان على إلكترونات ذات دوران متوازي من بعضها البعض، فإن طاقة النظام تزداد باستمرار (انظر الشكل 1، ب، المنحنى V) ولا تتشكل رابطة.

وهكذا، قدمت الحسابات الميكانيكية الكمومية تفسيرا كميا للاتصال. إذا كان لزوج من الإلكترونات دوران معاكس، فإن الإلكترونات تتحرك في مجال النواتين. تظهر بين النوى منطقة ذات كثافة عالية من السحابة الإلكترونية - وهي شحنة سالبة زائدة تجذب النوى المشحونة بشكل إيجابي. من الحساب الميكانيكي الكمي اتبع الأحكام التي تشكل أساس طريقة VS:

1. سبب الاتصال هو التفاعل الكهروستاتيكي بين النوى والإلكترونات.
2. تتكون الرابطة من زوج من الإلكترونات يدور بشكل عكسي.
3. تشبع السندات يرجع إلى تكوين أزواج الإلكترون.
4. تتناسب قوة الاتصال مع درجة تداخل السحب الإلكترونية.
5. يرجع اتجاه الاتصال إلى تداخل السحب الإلكترونية في المنطقة ذات الكثافة الإلكترونية القصوى.

آلية تبادل تكوين الرابطة التساهمية باستخدام طريقة BC. الاتجاهية وتشبع الروابط التساهمية

أحد أهم مفاهيم طريقة BC هو التكافؤ. يتم تحديد القيمة العددية للتكافؤ في طريقة BC من خلال عدد الروابط التساهمية التي تشكلها الذرة مع الذرات الأخرى.

تسمى الآلية التي يتم النظر فيها لجزيء H2 لتشكيل رابطة بواسطة زوج من الإلكترونات ذات الدوران المضاد المتوازي، والتي كانت تنتمي إلى ذرات مختلفة قبل تكوين الرابطة، بالتبادل. إذا تم أخذ آلية التبادل فقط في الاعتبار، فسيتم تحديد تكافؤ الذرة بعدد إلكتروناتها غير المتزاوجة.

بالنسبة للجزيئات الأكثر تعقيدًا من H2، تظل مبادئ الحساب دون تغيير. يحدث تكوين الرابطة نتيجة لتفاعل زوج من الإلكترونات مع دوران متعاكس، ولكن مع وظائف موجية لها نفس الإشارة، والتي يتم جمعها. والنتيجة هي زيادة كثافة الإلكترون في منطقة السحب الإلكترونية المتداخلة وتقلص النوى. دعونا نلقي نظرة على الأمثلة.

في جزيء الفلور، تتكون الرابطة F2 من مدارات 2p من ذرات الفلور:

أعلى كثافة للسحابة الإلكترونية تقع بالقرب من المدار 2p في اتجاه محور التماثل. إذا كانت الإلكترونات غير المتزاوجة لذرات الفلور موجودة في مدارات 2p x، فإن الرابطة تحدث في اتجاه المحور x (الشكل 2). تحتوي المدارات 2p y و2p z على أزواج وحيدة من الإلكترونات التي لا تشارك في تكوين الروابط (مظللة في الشكل 2). في ما يلي لن نصور مثل هذه المدارات.

أرز. 2. تكوين جزيء F2

في جزيء فلوريد الهيدروجين HF، تتشكل الرابطة بواسطة المدار 1s لذرة الهيدروجين والمدار 2p x لذرة الفلور:

يتم تحديد اتجاه الرابطة في هذا الجزيء من خلال اتجاه المدار 2px لذرة الفلور (الشكل 3). يحدث التداخل في اتجاه محور التماثل x. أي خيار تداخل آخر يكون أقل تفضيلاً من حيث الطاقة.

أرز. 3. تكوين جزيء HF

تتميز أيضًا مدارات d و f الأكثر تعقيدًا باتجاهات كثافة الإلكترون القصوى على طول محاور التناظر الخاصة بها.

وبالتالي، فإن الاتجاهية هي إحدى الخصائص الرئيسية للرابطة التساهمية.

يتم توضيح اتجاه الرابطة جيدًا من خلال مثال جزيء كبريتيد الهيدروجين H 2 S:

نظرًا لأن محاور التماثل لمدارات التكافؤ 3p لذرة الكبريت متعامدة بشكل متبادل، فمن المتوقع أن يكون لجزيء H 2 S بنية زاوية بزاوية بين روابط S – H قدرها 90 درجة (الشكل 4). وبالفعل فإن الزاوية قريبة من الزاوية المحسوبة وتساوي 92 درجة.

أرز. 4. تكوين جزيء H2S

من الواضح أن عدد الروابط التساهمية لا يمكن أن يتجاوز عدد أزواج الإلكترونات التي تشكل الروابط. ومع ذلك، فإن التشبع كخاصية للرابطة التساهمية يعني أيضًا أنه إذا كانت الذرة تحتوي على عدد معين من الإلكترونات غير المتزاوجة، فيجب أن تشارك جميعها في تكوين الروابط التساهمية.

يتم تفسير هذه الخاصية بمبدأ الطاقة الأقل. ومع كل رابطة إضافية تتشكل، يتم إطلاق طاقة إضافية. ولذلك، فإن جميع احتمالات التكافؤ محققة بالكامل.

في الواقع، الجزيء المستقر هو H2S، وليس H2S، حيث توجد رابطة غير محققة (يتم تحديد الإلكترون غير المقترن بنقطة). تسمى الجسيمات التي تحتوي على إلكترونات غير متزاوجة بالجذور الحرة. فهي شديدة التفاعل وتتفاعل لتكوين مركبات تحتوي على روابط مشبعة.

إثارة الذرات

دعونا نفكر في احتمالات التكافؤ وفقا لآلية التبادل لبعض عناصر الفترتين الثانية والثالثة من الجدول الدوري.

تحتوي ذرة البريليوم عند المستوى الكمي الخارجي على إلكترونين مقترنين 2s. لا توجد إلكترونات غير متزاوجة، لذلك يجب أن يكون تكافؤ البريليوم صفرًا. ومع ذلك، في المركبات هو ثنائي التكافؤ. يمكن تفسير ذلك من خلال إثارة الذرة، والتي تتمثل في انتقال أحد إلكترونين 2s إلى المستوى الفرعي 2p:

في هذه الحالة، يتم استهلاك طاقة الإثارة E*، المقابلة للفرق بين طاقات المستويين الفرعيين 2p و2s.

عند إثارة ذرة البورون، يزداد تكافؤها من 1 إلى 3:

وذرة الكربون لديها من 2 إلى 4:

للوهلة الأولى، قد يبدو أن الإثارة تتعارض مع مبدأ الطاقة الأقل. ومع ذلك، نتيجة للإثارة، تنشأ اتصالات إضافية جديدة، بسبب إطلاق الطاقة. إذا كانت هذه الطاقة الإضافية المنطلقة أكبر من تلك المستهلكة في الإثارة، فإن مبدأ الطاقة الأقل يتم استيفاءه في النهاية. على سبيل المثال، في جزيء الميثان CH4، يبلغ متوسط طاقة الرابطة C-H 413 كيلوجول/مول. الطاقة المستهلكة للإثارة هي E* = 402 كيلوجول/مول. إن اكتساب الطاقة الناتج عن تكوين رابطتين إضافيتين سيكون:

د E = E ضوء إضافي – E* = 2413 – 402 = 424 كيلوجول/مول.

إذا لم يتم احترام مبدأ الطاقة الأقل، أي E add.st.< Е*, то возбуждение не происходит. Так, энергетически невыгодным оказывается возбуждение атомов элементов 2-го периода за счет перехода электронов со второго на третий квантовый уровень.

على سبيل المثال، الأكسجين ثنائي التكافؤ فقط لهذا السبب. ومع ذلك، فإن التناظر الإلكتروني للأكسجين - الكبريت - يتمتع بقدرات تكافؤ أكبر، حيث أن المستوى الكمي الثالث له مستوى فرعي ثلاثي الأبعاد، وفرق الطاقة بين المستويات الفرعية 3s و3p و3d أصغر بما لا يقاس من بين المستويين الكميين الثاني والثالث للمستوى الكمي الثاني والثالث. ذرة الأكسجين:

لنفس السبب، تظهر عناصر الفترة الثالثة - الفوسفور والكلور - تكافؤًا متغيرًا، على عكس نظائرها الإلكترونية في الفترة الثانية - النيتروجين والفلور. يمكن أن يفسر الإثارة إلى المستوى الفرعي المقابل تكوين المركبات الكيميائية لعناصر المجموعة الثامنة أ في الفترة الثالثة والفترات اللاحقة. لم يتم العثور على أي مركبات كيميائية في الهيليوم والنيون (الفترتان الأولى والثانية)، اللتان لهما مستوى كمي خارجي مكتمل، وهما الغازان الخاملان الوحيدان حقًا.

آلية المانح والمتقبل لتشكيل الرابطة التساهمية

يمكن الحصول على زوج من الإلكترونات ذات دورانات متضادة متوازية تشكل رابطة ليس فقط من خلال آلية التبادل، التي تتضمن مشاركة الإلكترونات من كلتا الذرتين، ولكن أيضًا من خلال آلية أخرى تسمى المتلقي المانح: توفر ذرة واحدة (مانحة) زوجًا وحيدًا من الإلكترونات لتكوين الرابطة، والأخرى (المستقبلة) – الخلية الكمومية الشاغرة:

والنتيجة لكلتا الآليتين هي نفسها. في كثير من الأحيان يمكن تفسير تكوين السندات من خلال كلتا الآليتين. على سبيل المثال، يمكن الحصول على جزيء HF ليس فقط في الطور الغازي من الذرات وفقًا لآلية التبادل، كما هو موضح أعلاه (انظر الشكل 3)، ولكن أيضًا في محلول مائي من أيونات H + و F – وفقًا للمانح -آلية القبول:

ليس هناك شك في أن الجزيئات التي تنتجها آليات مختلفة لا يمكن تمييزها؛ الاتصالات متكافئة تماما. ولذلك، فمن الأصح عدم التمييز بين التفاعل بين المانح والمتقبل كنوع خاص من السندات، بل اعتباره مجرد آلية خاصة لتكوين رابطة تساهمية.

عندما يريدون التأكيد على آلية تكوين الرابطة بدقة وفقا لآلية المانح والمتقبل، يتم الإشارة إليها في الصيغ الهيكلية بواسطة سهم من المتبرع إلى المتقبل (D® أ). وفي حالات أخرى، لا يكون هذا الاتصال معزولًا ويُشار إليه بشرطة، كما في آلية التبادل: D–A.

الروابط في أيون الأمونيوم المتكونة من التفاعل: NH 3 + H + = NH 4 +،

يتم التعبير عنها بالمخطط التالي:

يمكن تمثيل الصيغة البنائية للـ NH 4 + على النحو التالي:

الشكل الثاني من التدوين هو الأفضل، لأنه يعكس التكافؤ المثبت تجريبيًا لجميع الروابط الأربعة.

يؤدي تكوين رابطة كيميائية بواسطة آلية المانح والمستقبل إلى توسيع قدرات التكافؤ للذرات: يتم تحديد التكافؤ ليس فقط بعدد الإلكترونات غير المتزاوجة، ولكن أيضًا بعدد أزواج الإلكترونات الوحيدة والخلايا الكمومية الشاغرة المشاركة في تكوين الروابط. . لذا، في المثال المذكور، تكافؤ النيتروجين هو أربعة.

تم استخدام آلية المانح والمتلقي بنجاح لوصف الترابط في المركبات المعقدة باستخدام طريقة BC.

تعدد وسائل الاتصال. رملص -الاتصالات

لا يمكن إجراء الاتصال بين ذرتين بواسطة ذرة واحدة فحسب، بل أيضًا بواسطة عدة أزواج من الإلكترونات. إن عدد أزواج الإلكترونات هو الذي يحدد التعددية في طريقة BC - وهي إحدى خصائص الرابطة التساهمية. على سبيل المثال، في جزيء الإيثان C 2 H 6 تكون الرابطة بين ذرات الكربون مفردة (مفردة)، وفي جزيء الإيثيلين C 2 H 4 تكون مزدوجة، وفي جزيء الأسيتيلين C 2 H 2 تكون ثلاثية. وترد في الجدول بعض خصائص هذه الجزيئات. 1.

الجدول 1

التغييرات في معلمات الرابطة بين ذرات C اعتمادًا على تعددها

ومع زيادة تعدد الرابطة، كما هو متوقع، يتناقص طولها. يزداد تعدد الروابط بشكل منفصل، أي بعدد صحيح من المرات، وبالتالي، إذا كانت جميع الروابط متماثلة، فإن الطاقة ستزداد أيضًا بعدد صحيح من المرات. ومع ذلك، كما يتبين من الجدول. 1، طاقة الربط تزداد بسرعة أقل من التعددية. ونتيجة لذلك، فإن الروابط غير متكافئة. ويمكن تفسير ذلك من خلال الاختلافات في الطرق الهندسية التي تتداخل بها المدارات. دعونا ننظر إلى هذه الاختلافات.

تسمى الرابطة التي تتكون من تداخل سحب الإلكترونات على طول محور يمر عبر نوى الذراتالسندات.

إذا كان المدار s متورطًا في الرابطة، فهذا فقطس - الاتصال (الشكل 5، أ، ب، ج). ومن هنا حصلت على اسمها، لأن الحرف اليوناني s مرادف للحرف اللاتيني s.

عندما تشارك المدارات p (الشكل 5، b، d، e) والمدارات d (الشكل 5، c، e، f) في تكوين الرابطة، يحدث تداخل من النوع s في اتجاه أعلى كثافة من السحب الإلكترونية، وهو الأكثر ملاءمة للطاقة. لذلك، عند تكوين اتصال، يتم دائمًا تنفيذ هذه الطريقة أولاً. ولذلك، إذا كان الاتصال واحدا، فهذا إلزاميس - الاتصال، إذا تعددت، فواحدة من الاتصالات بالتأكيداتصال.

أرز. 5. أمثلة على السندات

ومع ذلك، فمن الواضح من الاعتبارات الهندسية أنه يمكن أن يكون هناك ذرة واحدة فقط بين ذرتينس -اتصال. في الروابط المتعددة، يجب تشكيل الرابطة الثانية والثالثة بطريقة هندسية مختلفة لتداخل السحب الإلكترونية.

تسمى الرابطة التي تتكون من تداخل سحب الإلكترونات على جانبي محور يمر عبر نوى الذراتف السندات. أمثلة ص - التوصيلات موضحة في الشكل 6. مثل هذا التداخل أقل مواتاة من حيث الطاقةس -يكتب. يتم تنفيذها بواسطة الأجزاء الطرفية من السحب الإلكترونية ذات الكثافة الإلكترونية المنخفضة. وزيادة تعدد الاتصال تعني التكوينص -الروابط ذات الطاقة الأقل مقارنة بالروابطس - تواصل. وهذا هو سبب الزيادة غير الخطية في طاقة الارتباط مقارنة بزيادة التعددية.

أرز. 6. أمثلة على السندات ف

دعونا نفكر في تكوين الروابط في جزيء N 2. كما هو معروف، النيتروجين الجزيئي خامل للغاية كيميائيا. والسبب في ذلك هو تكوين رابطة ثلاثية قوية جدًا NєN:

يظهر الشكل 1 مخططًا لتداخل السحب الإلكترونية. 7. يتم تشكيل إحدى الروابط (2rh–2rh) حسب النوع s. الاثنان الآخران (2 Рz – 2 Рz، 2 ry – 2 ry) من النوع p. من أجل عدم تشويش الشكل، يتم عرض صورة تداخل السحب 2py بشكل منفصل (الشكل 7، ب). للحصول على الصورة العامة، الشكل. ينبغي الجمع بين 7، أ و 7، ب.

للوهلة الأولى قد يبدو ذلكس -الرابطة، التي تحد من اقتراب الذرات، لا تسمح للمدارات بالتداخلص -يكتب. ومع ذلك، فإن صورة المدار تتضمن فقط جزءًا معينًا (90%) من السحابة الإلكترونية. يحدث التداخل مع منطقة محيطية تقع خارج هذه الصورة. إذا تخيلنا مدارات تحتوي على جزء كبير من السحابة الإلكترونية (على سبيل المثال، 95%)، فإن تداخلها يصبح واضحًا (انظر الخطوط المتقطعة في الشكل 7، أ).

أرز. 7. تكوين جزيء N 2

يتبع

في آي إلفيموف،
أستاذ موسكو
جامعة الدولة المفتوحة

طاقة الروابط الكيميائية

الموسوعة السوفيتية الكبرى. - م: الموسوعة السوفيتية. 1969-1978 .

تعرف على "طاقة الروابط الكيميائية" في القواميس الأخرى:

لجزأين الجزيئات، طاقة إزالة الذرات على مسافة لا متناهية من بعضها البعض؛ للبوليات. الجزيئات والجذور وطاقة تفكك الأيونات. الطاقة الكلية لإزالة جميع ذرات البوليات. الجزيئات متباعدة بشكل لا نهائي عن بعضها البعض ... ... الموسوعة الفيزيائية

طاقة الروابط الكيميائية- طاقة تساوي العمل الذي يجب بذله لتقسيم الجزيء إلى جزأين (ذرات، مجموعات ذرات) تفصل بينهما مسافة كبيرة بلا حدود. طاقة الروابط الكيميائية هي حالة خاصة من طاقة الروابط، عادة ما تكون... ...

طاقة الروابط الكيميائية- حالة كيمياء الطاقة الخاصة بمعايير الطاقة ومقاييسها، تحتاج إلى 1 شهر من الوسائل لنوع الكيمياء المطلوب. السمات: الإنجليزية. طاقة الروابط الكيميائية vok. الكيمياء Bindungsenergie، f rus.… ... Penkiakalbis aiškinamasis Metrologijos terminų žodynas

طاقة الروابط الكيميائية- حالات كيميائيات الطاقة التي تحتوي على كيماويات الطاقة، تحتاج إلى 1 موليو من المواد الكيميائية المختلفة. السمات: الإنجليزية. طاقة الروابط الكيميائية روس. طاقة الروابط الكيميائية... الكيمياء تنتهي بالبقاء على قيد الحياة

طاقة الروابط الكيميائية- حالة نظام الطاقة الكيميائي T sritis atitikmenys: engl. طاقة الروابط الكيميائية vok. الكيمياء Bindungsenergie، f rus. طاقة الروابط الكيميائية، f pran. طاقة الاتصال الكيميائي، و ... تنتهي فيزيكوس žodynas

الطاقة القياسية لكسر الرابطة الكيميائية هي التغير في المحتوى الحراري أثناء التفاعل الكيميائي الذي ينكسر فيه مول واحد من رابطة معينة. من المفترض أن تكون المادة الأولية ومنتجات التفاعل في معاييرها... ... ويكيبيديا

اتصال الطاقة أنظمة ك.ل. جزء من الذرة (على سبيل المثال، الذرة كنظام من النواة والإلكترونات)، يساوي العمل الذي يجب إنفاقه لتقسيم هذا النظام إلى الأجزاء المكونة له وإزالتها من بعضها البعض على مسافة مثلها تأثير... ... الموسوعة الفيزيائية

طاقة التفعيل- الفرق بين متوسط طاقة الجزيئات (الجزيئات، الجذور، الأيونات، إلخ) التي تدخل في الفعل الأولي للتفاعل الكيميائي ومتوسط طاقة جميع جزيئات النظام المتفاعل. طاقة التنشيط للتفاعلات الكيميائية المختلفة... ... القاموس الموسوعي للمعادن

طاقة الربط- طاقة نظام ربط أي جسيمات (الذرة مثلا) تساوي الشغل الذي يجب أن يبذل من أجل تحلل هذا النظام إلى مكوناته البعيدة بشكل لا نهائي ولا تتفاعل مع بعضها البعض... . .. القاموس الموسوعي للمعادن

الطاقة الشبيكة- طاقة تساوي العمل الذي يجب بذله لفصل وفصل الجزيئات التي تشكل الشبكة البلورية على مسافة لا نهائية. تحدد طاقة الشبكة البلورية إلى حد كبير القوة... ... القاموس الموسوعي للمعادن