معلومات

تشكيل المركبات الأيونية الطاردة للحرارة

تشكيل المركبات الأيونية الطاردة للحرارة

هل سبق لك أن تساءلت عن سبب كون المركبات الأيونية طاردة للحرارة؟ الجواب السريع هو أن المركب الأيوني الناتج أكثر استقرارًا من الأيونات التي تكونت فيه. يتم إطلاق الطاقة الإضافية من الأيونات كحرارة عندما تتشكل الروابط الأيونية. عندما يتم إطلاق حرارة أكثر من التفاعل أكثر من اللازم حتى يحدث ذلك ، يكون رد الفعل طارد للحرارة.

فهم طاقة الترابط الأيوني

تتشكل الروابط الأيونية بين ذرتين مع وجود اختلاف كبير في القدرة الإلكترونية الكهربية بين بعضهما. عادة ، هذا هو رد فعل بين المعادن والفلزات. تكون الذرات متفاعلة للغاية لأنها لا تحتوي على قذائف إلكترونية كاملة التكافؤ. في هذا النوع من الروابط ، يتم التبرع بالإلكترون من ذرة واحدة بشكل أساسي إلى الذرة الأخرى لملء غلاف الإلكترون التكافلي. تصبح الذرة التي "تفقد" إلكترونها في الرابطة أكثر ثباتًا لأن التبرع بالإلكترون ينتج عنه قذيفة تكافؤ مملوءة أو نصف مملوءة. يعد عدم الاستقرار الأولي كبيرًا جدًا بالنسبة للمعادن القلوية والأتربة القلوية بحيث لا يتطلب الأمر سوى القليل من الطاقة لإزالة الإلكترون الخارجي (أو 2 ، للأرض القلوية) لتشكيل الكاتيونات. الهالوجينات ، من ناحية أخرى ، تقبل بسهولة الإلكترونات لتشكيل الأنيونات. على الرغم من أن الأنيونات أكثر استقرارًا من الذرات ، إلا أنه من الأفضل أن يجتمع النوعان من العناصر لحل مشكلة الطاقة لديهم. هذا هو المكان الذي يحدث الترابط الأيوني.

لفهم حقيقة ما يجري ، فكر في تكوين كلوريد الصوديوم (ملح الطعام) من الصوديوم والكلور. إذا كنت تأخذ معدن الصوديوم وغاز الكلور ، فإن الملح يتشكل في تفاعل طارد للحرارة (كما في ، لا تحاول ذلك في المنزل). المعادلة الكيميائية الأيونية المتوازنة هي:

2 Na (s) + Cl2 (ز) → 2 كلوريد الصوديوم

يوجد كلوريد الصوديوم في صورة شبكة بلورية من أيونات الصوديوم والكلور ، حيث يملأ الإلكترون الإضافي من ذرة الصوديوم "الحفرة" اللازمة لإكمال غلاف الإلكترون الخارجي لذرة الكلور. الآن ، كل ذرة لديها ثمانينيات كاملة من الإلكترونات. من وجهة نظر الطاقة ، هذا تكوين مستقر للغاية. عند فحص رد الفعل عن كثب ، قد تتشوش بسبب:

فقدان الإلكترون من عنصر هو دائما ماص للحرارة (لأن الطاقة مطلوبة لإزالة الإلكترون من الذرة.

نا → نا+ + 1 ه- =H = 496 كيلو جول / مول

بينما يكون كسب الإلكترون من قبل اللافلزية طاردًا للحرارة (يتم إطلاق الطاقة عندما تكتسب اللافلزية الثماني الكاملة).

Cl + 1 هـ- → Cl- =H = -349 kJ / mol

لذا ، إذا قمت ببساطة بإجراء الرياضيات ، يمكنك أن ترى أن تشكيل كلوريد الصوديوم من الصوديوم والكلور يتطلب بالفعل إضافة 147 كيلو جول / مول من أجل تحويل الذرات إلى أيونات تفاعلية. ومع ذلك نحن نعرف من مراقبة رد الفعل ، يتم تحرير الطاقة الصافية. ماذا يحدث؟

الجواب هو أن الطاقة الإضافية التي تجعل رد الفعل طارد للحرارة هي طاقة الشبكة. يؤدي الاختلاف في الشحنة الكهربائية بين أيونات الصوديوم والكلور إلى انجذابها إلى بعضها البعض والتحرك نحو بعضها البعض. في النهاية ، تشكل الأيونات المشحونة معاكسة رابطة أيونية مع بعضها البعض. الترتيب الأكثر استقرارا لجميع الأيونات هو شعرية الكريستال. لكسر شبكة NaCl (طاقة الشبكة) يتطلب 788 كيلو جول / مول:

كلوريد الصوديوم ← Na+ + Cl- ΔHبنية = +788 كيلو جول / مول

يؤدي تكوين الشبكة إلى عكس الإشارة الموجودة في المحتوى الحراري ، لذلك ΔH = -788 كيلو جول لكل مول. لذلك ، على الرغم من أن الأمر يحتاج إلى 147 كيلو جول / مول لتشكيل الأيونات ، أكثر بكثير يتم تحرير الطاقة من خلال تشكيل شعرية. التغيير net enthalpy هو -641 كيلو جول / مول. وبالتالي ، فإن تكوين الرابطة الأيونية طارد للحرارة. تشرح طاقة الشبكة أيضًا سبب ميل المركبات الأيونية إلى درجة انصهار عالية للغاية.

الأيونات المتعددة الذرات تشكل روابط بنفس الطريقة. الفرق هو أنك تفكر في مجموعة الذرات التي تشكل هذا الكاتيون والأنيون بدلاً من كل ذرة.

شاهد الفيديو: طاقة تفكيك الرابطة و طاقة تكوينها (يونيو 2020).