انرژی یونش، الکترون خواهی و الکترونگاتیوی

انرژی یونش، الکترون خواهی و الکترونگاتیوی

اسلاید 1: انرژی یونش، الکترون خواهی و الکترونگاتیوی:هر سه به نوعی بیانگر وابستگی الکترون به هسته اند.انرژی یونش و الکترون خواهی برای گازها استولی مطلق می باشد و از جنس انرژی اند.الکترونگاتیوی نسبی است ولی برای هر سه حالت فبزیکی است.

اسلاید 2: انرزی یونش حداقل انرژی لازم برای کندن یک الکترون از عنصری د رحالت گازی است.A(g) == e(g) + A+(g)هرچه تاثیر هسته بر الکترون بیشتر باشد انرژی یونش بیشتر است.الکترون خواهی، مقدار انرژی مبادله شده برای افزودن یک الکترون به یک عنصردر حالت گازی است.A(g) + e (g) == A-(g)میزان الکترون خواهی برای اکثر اتمها منفی است. ولی برای افزودن دومین الکترون میزان انرژی مثبت می شود.

اسلاید 3: الکترونگاتیوی ، میل نسبی اتمها برایجذب الکترون مشترک است. زمانی مطرح می شود که دو اتم وجود داشته باشند. مثلا درمقایسه بین اکسیژن با فلوئور اتم فلوئور میل بیشتری به الکترون دارد و آن را بیشتر به سمت خود می کشد.

اسلاید 4: انرژی تفکیک مولکولهای دو اتمی (kcal/mole) Li225F2 37 Na217Cl259K212Br246.1Rb210.4I236.1 LiH58HF135NaH47HCl103KH43HBr87.4RbH39HI71.4

اسلاید 5: تفکیک مولکولهای چند اتمی : گسستن مولکولها به یک اتم و گروهی از اتمها (رادیکال) یا تفکیک به دو رادیکالH2O(g) === H(g) + OH (g) D(H---OH) = 119.7 kcalH2O2(g) === 2OH (g) D(HO---OH) = 48 kcal

اسلاید 6: انرژی متوسط پیوندی:CH4 (g) === CH3(g) + H(g) D(H---CH3) = 103 kcalCH3CH3(g) === CH3CH2(g) + H(g) D(H---CH2CH3) = 96 kcal(CH3)3CH === (CH3)3C(g) + H(g) D(H---C(CH3)3) = 90 kcalعوامل اصلی تعیین کننده انرژی یک پیوند معین، مربوط به خواص ذاتی اتمهایی است که به یکدیگر متصل شده اند و فقط مقدار کمی به خواص اتمهای دیگر مولکول بستگی دارد.ثابت بودن تقزیبی انرژی تفکیک یک نوع پیوند معین مثل C---H ما را به واژه انرژی متوسط پیوندی راهنمایی می کند. مقدار متوسط انرژی پیوند که به  نمایش می دهند، مقدار تقریبی انرژی برای گسستن پیوند مذکور در هر ترکیبی است.انرژی متوسط پیوندی برای C---H 7/98 کالری بر مول می باشد.

اسلاید 7: کاربرد انرژی پیوند:با استفاده از متوسط انرژی پیوند می توان مقدار انرژی آزاد شده (H) هنگام تشکیل یک مولکول گازی از اتمهای گازی را ارزیابی کرد:مثلا در سنتز آمونیاک داریم:3H2 (g) + N2 (g) === 2 NH3 (g)ابتدا واکنش های تفکیکی را می نویسیم:H2 (g) === 2H (g) H1= D(H---H)N2 (g) === 2N(g) H2= D(NN)NH3 (g) === N(g) + 3H(g) H3= 3D(N---H)حال باید طوری این واکنش ها را جمع یا تفریق کنیم که واکنش دلخواه بدست آید.[H2 (g) === 2H (g)] × 3 [N2 (g) === 2N(g)] × 1 [NH3 (g) === N(g) + 3H(g)] × 2 آنتالپی سنتز آمونیاک عبارت است از:3H1 + H2 - 2H3

اسلاید 8: یک مثال دیگر، آنتالپی واکنش زیر را بدست آورید:3/2 H2(g) + 1/2 Cl2(g) + C(graphite) === CH3Cl(g)3/2 H2(g) === 3H (g) H1= 3/2D(H---H)1/2Cl2 (g) === Cl(g) H2 = 1/2D (Cl---Cl)C(graphite) === C(g) H3 = H (v)CH3Cl(g) === C(g) + 3H(g) + Cl(g) H4 = 3D(H---C) + D(C---Cl)H reaction = H1 + H2 + H3 - H4

اسلاید 9: طول پیوند شیمیایی:طول پیوند فاصله متوسط دو اتم متصل به یکدیگر است.طول پیوند را می توان برای ترکیبات کریستالی با استفاده از اشعه X بدست آورد.طیف سنجی مولکولی نیز می تواند طول پیوندی را برای ما تعیین کند.هرچه اتمهای شرکت کننده در پیوند بزرگتر شوند طول پیوند بزرگتر می شود: طول پیوند بر حسب آتگسترومF21.42Cl21.99Br22.28I22.67

اسلاید 10: کاهش انرژی که هنگام تشکیل پیوند در یک مولکول ملاحظه می شود در واقع ناشی رفتار الکترونهای والانس اتمهای متصل شده به یکدیگر می باشد. نیروهای دافعه الکترواستاتیکی که بین دو هسته و بین الکترونهای داخلی دو اتم وجود دارد با این رفتار مقابله می کند.

اسلاید 11: زاویه پیوند شیمیاییزاویه پیوند زاویه ای است که از تقاطع دو خط مستقیم که از هسته اتم نرکزی شروع می شود و به سمت هسته های دو اتم متصل شده به آن امتداد می یابد بوجود می آید..بدلیل وجود ارتعاش برای زاویه پیوندی نیز زاویه متوسط در نظر می گیرند.زاویه پیوندی حول اتم اکسیژن و کربن در ترکیبات مختلف:H2O104.5F2O103.2Cl2O111(CH3)2O111CH3OH 109CH4109.5CH3Cl110.5CH2Cl2112.0CH3Br111.2CH3I111.4 ملاحظه می شود که تفاوت خیلی زیادی بین زاویه با تغییر اتمهای متصل دیده نمی شود.

اسلاید 12: هنگامی که زاویه های پیوندی را در ترکیبات مشابه عناصر متوالییک گروه از جدول ناوبی مورد مطالعه قرار دهیم، شباهتهای قابل توجه ری را ملاحظه می کنیم:گروه IVگروه Vگروه VICH4109.5NH3107.3H2O104.5SiH4109.5PH393.3H2S92.2GeH4109.5AsH391.8H2Se91.0SnH4109.5SbH391.3H2Te89.5چنین استنباط می کنیم که زاویه پیوند حول اتم مرکزی به طور وسیعی فقط با خواص اتم مرکزی بستگی دارد.الکترونهای والانس بارزترین خصلت مشترک عناصر یک گروه اند. پس زاویه پیوندی به تعداد الکترونهای والانس بستگی دارد.

اسلاید 13: اطلاعاتی که از طیف سنجی بدست می آوریم:انرژی یک مولکول از چهار جزء تشکیل می شود:انرژی الکترونیانرژی ارتعاشیانرژی چرخشیانرژی انتقالی3 جزء اول کوانتایی هستند.انرژی الکترونی را در بخش معادله شوردینگر مطرح کردیم.انرژی ارتعاشی: فاصله بین دو اتم در یک پیوند درحال نوسان است. خود انرژی ارتعاشی را می توان به دو بخش ارتعاشی کششی و ارتعاشی خمشی تقسیم بندی کرد.انرژی چرخشی: انرژی لازم برای چخاندن یک مولکول در هر یک از جهات XYZ است.

اسلاید 14: فاصله بین سطوح انرژی الکترونی در مولکول از همه بیشتر است.در بین فاصله سطوح انرژی الکترونی سطوح انرژی ارتعاشی قرار می گیرند.سطوح انرژی چرخشی نیز در فاصله بین سطوح انرژی ارتعاشی می باشند.اشعه ماوراء بنفش روی سطوح انرژی الکترونی تاثیر می گذارد.اشعه IR روی سطوح انرژی ارتعاشی تاثیر می گذارد.امواج رادیویی و ماکروویو روی سطوح انرژِی چرخشی تاثیر می گذارند.

اسلاید 15: پیوند یونی:شاخصه اصلی پیوند یونی وجود یونهای با بار مخالف یکدیگر می باشد.فلزات با از دست دادن الکترون و غیر فلزات بابدست آوردن الکترون آرایش گاز بی اثر را بدشت می آورند که پایداری دارد. طرح یک سئوال:انرژی لازم برای یونش Na ، 4/118 کیلوکالری برای هر مول می باشد.انرژی بدست آمده در اثر تبدیل Cl به یون کلرید، 4/83 کیلوکالری برای هر مول می باشد.در نتیجه برای تشکیل یونها از اتم ها 35 کیلوکالری بر مول انرژی نیاز است.پس اتمها خود به خود تمایل ندارند که خود را به آرایش 8 تایی برسانند. پس چگونه NaCl تشکیل می شود؟

اسلاید 16: انرژی پتانسیل جاذبه ای بصورت تابعی از فاصله وجود دارد: E=-e2/rاگر فاصله دو یون سدیم و کلرید در حالت گازی 38/2 آنگستروم باشد، مقدار E برابر با 3/139- خواهد شد.پس با ترکیب سه مرحل داریم:Na(g) == Na+(g) + e- E=118.4 kcal/molee- + Cl (g) == Cl-(g) E= -83.4Na+(g) + Cl-(g) == NaCl (g) E= -139.3Na(g) + Cl(g) === NaCl (g) E=-104.3 kcal/moleاین واقعیت که تغییر انرژی منفی است نشان می دهد که انرژی سدیم کلرید که به صورت یونی به هم متصل اند از هنگامی که اتمهای مجزا هستند کمتر است.

اسلاید 17: سئوال بعدی اینکه چرا NaCl بصورت جامد کریستالی است تا گازی؟این بدلیل انرژی شبکه است.انرژی بین دو یون مجاور –2e2/r است. انرژی پتانسیل دو یون هم بار مجاور (وقتی به فاصله 2r) از یکدیگر قرار دارند +2e2/2r می باشد. پس داریم:U = -2e2/r + 2e2/2r – 2e2/3r + …=-2e2/r[(1-1/2) + (1/3-1/4) + (1/5-1/6) +…] چون جمله های داخل پرانتز مثبت هستند، مقدار موجود در درون کروشه باید از 2/1 بزرگتر باشد. لذا مقدار U منفی تر خواهد شد.

اسلاید 18: اگر بجای یک رشته از یونها در سه بعد محاسبات خود را بنویسیم انرژی جاذبه کولنی برای شبکه به صورت زیر خواهد شد: U= -Me2/r که M را ثابت مادولانگ گویند و به آرایش اتمهای شبکه بستگی دارد. مقدار M برای بلور NaCl 75/1 میباشد. از این رو اگر کلیه مقادیر دیگر ثابت باشد انرژی جامد یونی در شبکه باید 75 درصد کمتر از جامد یونی دو اتمی در حالت گازی باشد.بدلیل وجود ابر الکترونی در اطراف هر یون یک دافعه بین یونهای مجاور نیز باید در نظر گرفته شود که حدود 10 درصد انرژی کولنی است.پس انرژی کل شبکه عبارت خواهد بود از :U = -1.75 e2/r = -207 kcal/moleU-10%U = -183 kcal/moleاین مقدار را ازمقدار انرژی آزاد شده برای تولید مولکولهای دو اتمی گازی (5/139-) از نظر قدرمطلقی بیشتر است. پس بلور پایدارتر می باشد.