13
This document was uploaded by user and they confirmed that they have the permission to share it. If you are author or own the copyright of this book, please report to us by using this DMCA report form. Report DMCA
Overview
Download & View 13 as PDF for free.
More details
- Words: 751
- Pages: 17
Chemical bond -Chemical bondהוא המכניזם המשמש לאחד אטומים באופן כימי. •ישנם שלושה סוגים של קשרים כימייםIonic ,Metallic : ו.Covalent - •המכניזם הוא כוח אלקטרוסטטי של משיכה בין אזורים של מטען חיובי ושלילי. מיקום האזורים של המטען שונה ממערכת למערכת ,והוא המבדיל בין הסוגים השונים של הקשרים. •קשרים נוצרים תוך ייצוב של המערכת הכימית תוך שחרור אנרגיה )תגובה אקסותרמית( .ככל שהאנרגיה המשתחררת גדולה יותר ,הקשר הנוצר יציב יותר. •במידה ואטומים צריכים לקבל אנרגיה )תהליך אנדותרמי( תוך הניסיון ליצור קשר ,אזי הקשר לא נוצר.
Bond Motivation •מדוע נוצרים קשרים ? • מבחינה תרמודינמית -הקשרים נוצרים תוך שחרור אנרגיה תהליך אקסותרמי ).(∆H < 0
•מבחינה של קונפיגורציה אלקטרונית -תוך יצירת הקשרים, האטומים מקבלים קונפיגורציה אלקטרונית שיותר יציבה מאשר הקונפיגורציה שלהם כאטומים בודדים. יוני:
→ KCl
K ([Ar]4s1) → K+ ([Ar]) + e)]Cl ([Ne]3s23p5) + e- → Cl- ([Ar
קוולנטי:
Bond Mechanism •המכניזם של הקשר הוא הכוח המחזיק אטומים הקשורים יחד. בכל המקרים ,ללא תלות בסוג הקשר ,המכניזם קשור בכוחות אלקטרוסטטיים ).(Coulomb force *ההבדלים בין סוגי הקשרים ,הוא מיקום של אזורי המטען האחראיים ליצירת הכוחות אלקטרוסטטיים. לדוגמא :במערכת יונית -הכוחות האלקטרוסטטיים נוצרים בין הקטיון לאניון. במערכת קוולנטית -הכוחות האלקטרוסטטיים נוצרים בין הגרעינים החיוביים וענן האלקטרונים הנמצא בין הגרעינים.
Bond Order סדר הקשר -מושג המשמש להבדיל בין מס' הקשרים הקוולנטיים הקיימים בין שני אטומים. •שלושת סדרי הקשר העיקריים הם :סדר ראשון ,שני ושלישי, ובהתאמה קשר יחיד ) ,(single bondקשר כפול )(double bond וקשר משולש ).(triple bond * ישנם מקרים בהם סדר הקשר אינו מספר שלם )רזוננס(. דוגמא:
Ionic Bond קשר יוני -הוא קשר הנוצר ע"י העברה של אלקטרון אחד או מס' אלקטרונים מאטום אחד לאטום שני. בתהליך זה נוצרים קטיונים ואניונים. * בניגוד לקשר קוולנטי בו נוצרים אורביטלים חדשים ,בקשר יוני יש סידור מחדש של האלקטרונים באורביטלים האטומיים הקיימים. •המכניזם המחזיק את הקשר היוני הוא הכוח האלקרוסטטי של משיכה בין היון החיובי והיון השלילי. * האנרגיה ב erg -של הקשר בין יונים בפאזה גזית מחוק קולון: q = 4.803 x 10-10 esu -esuיחידת מטען בסיסית בחשמל ומגנטיות במערכת יחידות של .cgs -rהמרחק ב cm -בין היונים 1 erg = g cm2/s2 = 10-7 J
q+q− E=− r
Covalent Bond קשר קוולנטי -הוא קשר הנוצר ע"י שיתוף של אחד ,שניים או שלושה זוגות אלקטרונים בין שני אטומים. •האלקטרונים המשותפים יהיו בעיקר בין שני הגרעינים הקשורים.
•זה יוצר כוח אלקטרוסטטי של משיכה בין הגרעינים וענן האלקטרונים המשותף. ככל שמס' האלקטרונים המאכלסים את האזור בין הגרעינים גדול יותר ,כך גדולה יותר המשיכה בין הגרעינים והקשר חזק יותר) .קשר משולש חזק יותר מכפול שחזק יותר מקשר בודד(
Bond Lengths אורך קשר -הוא המרחק הממוצע בין שני מרכזים של שני אטומים הקשורים בקשר קוולנטי. •המושג של אורך קשר ,קשור למיקום הממוצע של שני אטומים העושים ויברציה הרמונית.
•אורך הקשר של קשר קוולנטי שווה בקירוב לסכום של הרדיוסים הקוולנטיים של שני אטומים. דוגמא :למשל את אורך הקשר Br-Clניתן להעריך מהנתונים על אורכי הקשר Br-Brו.Cl-Cl - Br-Cl ≈ (1/2 x 199 pm) + (1/2 x 228 pm) = 214 pm * אורך הקשר הניסיוני 213.8 pm •אורכי הקשרים נקבעים בעיקר ע"י X-ray diffractionוע"י שיטות ספקטרוסקופיות )בעזרת אור הנבלע או ניפלט ע"י מולקולות(.
Bond Energies אנרגיית קשר -היא כמות האנרגיה המשתחררת כאשר נוצר קשר. אנרגיית קשר קשורה גם לכמות האנרגיה הדרושה לשבור את הקשר. -Bond-dissociation energyמסומנת ב ,D -והיא כמות האנרגיה הדרושה לשבור מול אחד של קשרים קוולנטיים בפאזה גזית. * במושגים של חום התגובה ):(∆H
•עבור מולקולות דו-אטומיות אנרגיית הקשר מדויקת וקבועה. •עבור מולקולות פוליאטומיות כמו H2Oהמצב שונה. אנרגיית שבירת הקשר הראשון של ,H-Oשונה מאנרגיית שבירת הקשר H-Oהשני. •כלומר שאנרגיית הקשר H-Oתלויה במבנה המולקולה .ולכן צפוי שאנרגיית קשר זה תהיה שונה במולקולות אחרות בה הקשר קיים.
•מכאן שלהוציא את המולקולות הדו-אטומיות ,לקשרים המופיעים במולקולות רבות ,עושים ערך ממוצע של אנרגיות קשר ).(average bond energies
* לאנרגיות קשר יש שימושים מעניינים בתרמוכימיה. נניח תגובה בפאזה גזית:
) ∆H ( bond break age) = ∑ BE ( reactents )∆H (bond formation) = −∑ BE(products * מכאן שהשינוי בחום התגובה יהיה:
דוגמא: נניח שרוצים להעריך את חום התגובה הבאה:
•חום של תגובה מחושב מנתונים מדויקים יותר של אנתלפיות יצירה ,∆Hf0ואין יתרון בשימוש באנרגיות קשר ,שכן מדובר על אנרגיות קשר ממוצעות המורידות את דיוק החישוב. •חום תגובה ואנרגיות קשר נקבעים ניסיונית ע"י שיטות קלורימטריות ,בהם מודדים את השינוי בטמפרטורה כתוצאה מתהליך כימי כלשהו .השינוי בטמפרטורה פרופורציונאלי לשינוי בחום התגובה.
Potential Energy Well •גרף המתאר את היחס בין האנרגיה הפוטנציאלית של המערכת כפונקציה של המרחק בין שני אטומים קשורים.
•עבור כל שני חלקיקים תתקבל עקומה הדומה בצורתה לעקומה שראינו עבור שני אטומי המימן. האנרגיה הפוטנציאלית המינימאלית וכן אורך הקשר ייחודיים עבור כל שני חלקיקים כלשהם. דוגמא:
Bond Motivation •מדוע נוצרים קשרים ? • מבחינה תרמודינמית -הקשרים נוצרים תוך שחרור אנרגיה תהליך אקסותרמי ).(∆H < 0
•מבחינה של קונפיגורציה אלקטרונית -תוך יצירת הקשרים, האטומים מקבלים קונפיגורציה אלקטרונית שיותר יציבה מאשר הקונפיגורציה שלהם כאטומים בודדים. יוני:
→ KCl
K ([Ar]4s1) → K+ ([Ar]) + e)]Cl ([Ne]3s23p5) + e- → Cl- ([Ar
קוולנטי:
Bond Mechanism •המכניזם של הקשר הוא הכוח המחזיק אטומים הקשורים יחד. בכל המקרים ,ללא תלות בסוג הקשר ,המכניזם קשור בכוחות אלקטרוסטטיים ).(Coulomb force *ההבדלים בין סוגי הקשרים ,הוא מיקום של אזורי המטען האחראיים ליצירת הכוחות אלקטרוסטטיים. לדוגמא :במערכת יונית -הכוחות האלקטרוסטטיים נוצרים בין הקטיון לאניון. במערכת קוולנטית -הכוחות האלקטרוסטטיים נוצרים בין הגרעינים החיוביים וענן האלקטרונים הנמצא בין הגרעינים.
Bond Order סדר הקשר -מושג המשמש להבדיל בין מס' הקשרים הקוולנטיים הקיימים בין שני אטומים. •שלושת סדרי הקשר העיקריים הם :סדר ראשון ,שני ושלישי, ובהתאמה קשר יחיד ) ,(single bondקשר כפול )(double bond וקשר משולש ).(triple bond * ישנם מקרים בהם סדר הקשר אינו מספר שלם )רזוננס(. דוגמא:
Ionic Bond קשר יוני -הוא קשר הנוצר ע"י העברה של אלקטרון אחד או מס' אלקטרונים מאטום אחד לאטום שני. בתהליך זה נוצרים קטיונים ואניונים. * בניגוד לקשר קוולנטי בו נוצרים אורביטלים חדשים ,בקשר יוני יש סידור מחדש של האלקטרונים באורביטלים האטומיים הקיימים. •המכניזם המחזיק את הקשר היוני הוא הכוח האלקרוסטטי של משיכה בין היון החיובי והיון השלילי. * האנרגיה ב erg -של הקשר בין יונים בפאזה גזית מחוק קולון: q = 4.803 x 10-10 esu -esuיחידת מטען בסיסית בחשמל ומגנטיות במערכת יחידות של .cgs -rהמרחק ב cm -בין היונים 1 erg = g cm2/s2 = 10-7 J
q+q− E=− r
Covalent Bond קשר קוולנטי -הוא קשר הנוצר ע"י שיתוף של אחד ,שניים או שלושה זוגות אלקטרונים בין שני אטומים. •האלקטרונים המשותפים יהיו בעיקר בין שני הגרעינים הקשורים.
•זה יוצר כוח אלקטרוסטטי של משיכה בין הגרעינים וענן האלקטרונים המשותף. ככל שמס' האלקטרונים המאכלסים את האזור בין הגרעינים גדול יותר ,כך גדולה יותר המשיכה בין הגרעינים והקשר חזק יותר) .קשר משולש חזק יותר מכפול שחזק יותר מקשר בודד(
Bond Lengths אורך קשר -הוא המרחק הממוצע בין שני מרכזים של שני אטומים הקשורים בקשר קוולנטי. •המושג של אורך קשר ,קשור למיקום הממוצע של שני אטומים העושים ויברציה הרמונית.
•אורך הקשר של קשר קוולנטי שווה בקירוב לסכום של הרדיוסים הקוולנטיים של שני אטומים. דוגמא :למשל את אורך הקשר Br-Clניתן להעריך מהנתונים על אורכי הקשר Br-Brו.Cl-Cl - Br-Cl ≈ (1/2 x 199 pm) + (1/2 x 228 pm) = 214 pm * אורך הקשר הניסיוני 213.8 pm •אורכי הקשרים נקבעים בעיקר ע"י X-ray diffractionוע"י שיטות ספקטרוסקופיות )בעזרת אור הנבלע או ניפלט ע"י מולקולות(.
Bond Energies אנרגיית קשר -היא כמות האנרגיה המשתחררת כאשר נוצר קשר. אנרגיית קשר קשורה גם לכמות האנרגיה הדרושה לשבור את הקשר. -Bond-dissociation energyמסומנת ב ,D -והיא כמות האנרגיה הדרושה לשבור מול אחד של קשרים קוולנטיים בפאזה גזית. * במושגים של חום התגובה ):(∆H
•עבור מולקולות דו-אטומיות אנרגיית הקשר מדויקת וקבועה. •עבור מולקולות פוליאטומיות כמו H2Oהמצב שונה. אנרגיית שבירת הקשר הראשון של ,H-Oשונה מאנרגיית שבירת הקשר H-Oהשני. •כלומר שאנרגיית הקשר H-Oתלויה במבנה המולקולה .ולכן צפוי שאנרגיית קשר זה תהיה שונה במולקולות אחרות בה הקשר קיים.
•מכאן שלהוציא את המולקולות הדו-אטומיות ,לקשרים המופיעים במולקולות רבות ,עושים ערך ממוצע של אנרגיות קשר ).(average bond energies
* לאנרגיות קשר יש שימושים מעניינים בתרמוכימיה. נניח תגובה בפאזה גזית:
) ∆H ( bond break age) = ∑ BE ( reactents )∆H (bond formation) = −∑ BE(products * מכאן שהשינוי בחום התגובה יהיה:
דוגמא: נניח שרוצים להעריך את חום התגובה הבאה:
•חום של תגובה מחושב מנתונים מדויקים יותר של אנתלפיות יצירה ,∆Hf0ואין יתרון בשימוש באנרגיות קשר ,שכן מדובר על אנרגיות קשר ממוצעות המורידות את דיוק החישוב. •חום תגובה ואנרגיות קשר נקבעים ניסיונית ע"י שיטות קלורימטריות ,בהם מודדים את השינוי בטמפרטורה כתוצאה מתהליך כימי כלשהו .השינוי בטמפרטורה פרופורציונאלי לשינוי בחום התגובה.
Potential Energy Well •גרף המתאר את היחס בין האנרגיה הפוטנציאלית של המערכת כפונקציה של המרחק בין שני אטומים קשורים.
•עבור כל שני חלקיקים תתקבל עקומה הדומה בצורתה לעקומה שראינו עבור שני אטומי המימן. האנרגיה הפוטנציאלית המינימאלית וכן אורך הקשר ייחודיים עבור כל שני חלקיקים כלשהם. דוגמא:
