الكيمياء الالعضوية المرحلة االولى 2017

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "الكيمياء الالعضوية المرحلة االولى 2017"

Ἰσμήνη Αρβανίτης
6 χρόνια πριν
Προβολές:

1 الكيمياء الالعضوية المرحلة االولى 2017 المحاضرة الخامسة أ.م.د محمد حامد سعيد الخواص الدورية للعناصر :- توجد عالقة بين دورية الخواص للعناصر وبين دورية الترتيب االلكتروني لذراتها ونذكر من هذه الخواص على سبيل المثال : انصاف األقطار الذرية وااليونية والتساهمية, طاقة التاين, االلفة االلكترونية, السالبية الكهربائية, التكافؤ, جهد االختزال القياسي, طاقة االصرة. ولما كان إحساس االلكترون بشحنة النواة الموجبة يتاثر بمدى الحجب االلكترونات األخرى له لذلك البد لنا من مناقشة موضوع الحجب Shielding الحجب : من المتوقع ان تزداد الطاقة الالزمة النتزاع االلكترون من الذرة ( طاقة التاين ) بازدياد العدد الذري وذلك نظرا لإلشارة السالبة للطرف األيمن في معادلة بور لحساب طاقة االلكترون ان طاقة االلكترون تعتمد على قيمة Z 2 / n 2 E =- 2π 2 Z 2 e 4 m / n 2 h 2 ولما كان معدل الزيادة في شحنة النواة )Z( اكبر من الزيادة في عدد الكم الرئيسي )n( فمن المتوقع ان تزداد الطاقة الالزمة لفصل الكترون من ذرة باستمرار بزيادة العدد الذري. ولكن الواقع غير ذلك كما يتضح من مقارنة طاقة التاين للهيدروجين )1=Z( والتي تساوي ) 13,6 الكترون فولت (مع طاقة تاين الليثيوم )3=Z( والتي تساوي ) 5,4 الكترون فولت ) هذا يعني ان االلكترون الخارجي لذرة الليثيوم اليقع تحت التاثير المباشر والكامل لشحنة نواة الليثيوم والتي تساوي )+3( بل ان هذا االلكترون يحس Feels بشحنة نووية بين )+1,+2(. وذلك يفسر بان الكتروني الغالف األول في ذرة الليثيوم يحجبان شحنة النواة عن الكترون الغالف الثاني, فاذا كان االمر كذلك فمن المفروض ان تكون الشحنة الموجبة المؤثرة على الكترون المدار الثانوي هي )2=1( ولكن حيث ان هذا االلكترون ينتمي الى اوربتال من نوع )s( ولما كانت اوربتاالت )s( ذات نفاذية penetrating اكثر من نفاذية االوربتاالت من نوع )d,p( فان يجعل الكترونات )s( ا- تحس بشحنة نووية اكبر من تلك التي تحس بها الكترونات اوربتاالت )d,p( والتي تنتمي الى نفس طبقة الكم ب- تحجب شحنة النواة الموجبة عن االلكترونات األخرى بدرجة اكبر. يمكن حساب الشحنة المؤثرة للنواة ( charge ) ()effective nuclear والتي يحس بها الكترون ما من المعادلة = Z- S حيث )S( هو ثابت الحجب

2 ولغرض ان نفهم موضوعات عديدة لها عالقة بثابت الحجب مثل الحجم الذري, السالبية الكهربائية, طاقة التاين قام العالم سلتير ( )Slater بوضع مجموعة من القواعد األولية لتقدير مدى الحجب التقريبي لاللكترونات. يمكن تلخيص هذه القواعد كما يلي :- ا- لحساب ثابت الحجب )S( اللكترون ما في المستوى الثانوي )ns,np( نتبع الخطوات التالية 1- يكتب الترتيب االلكتروني للعنصر من اليسار الى اليمين حسب الترتيب التالي (1s) (2s 2p ) (3s 3p ) (3d) (4s 4p ) (4d) (4f) (5s 5p ).etal ) او ان االلكترونات التي تنتمي الى اية مجموعة تقع على يمين المجموعة ( np )ns ( أي اكثر التساهم في قيمة ثابت الحجب تقع في غالفn+1-2 ان كل الكترون ينتمي الى نفس الغالف الرئيسي np( )ns, يحجب االلكترون المراد حساب ثابت الحجب له بمقدار ( 0,35 ( ( 4- كل الكترون ينتمي الى غالف رئيسي )1-n( يحجب االلكترون المراد حساب ثابت الحجب له بمقدار )0,85 كل الكترون ينتمي الى غالف رئيسي )2-n( او اقل يحجب أي الى مدى ( 1 ( االلكترون المراد حساب ثابت الحجب له حجبا كامال -5 )nf nd ب- لحساب ثابت الحجب اللكترون ما يقع في المستوي الثانوي ( القاعدتين ( 4 و ) 5 حيث تصبحان كما يأتي او نستخدم القواعد السابقة فيما عدا او ) تحجب االلكترون المراد حساب ثابت nf nd 4- جميع االلكترونات في المجموعات الواقعة يسار المجموعة ( الحجب له بمقدار يساوي )1( مثال 1:- احسب الشحنة المؤثرة للنواة التي يحس بها الكترون التكافؤ في ذرة االوكسجين 8O 1s 2 2s 2 2p 4 (1s) 2 (2s 2p ) 6 S= (5 0.35)+ (2x0.85) =3.45 = = 4.55 مثال 2:- احسب الشحنة المؤثرة للنواة التي يحس بها الكترون التكافؤ في ذرة النتروجين 7N 1s 2 2s 2 2p 3 (1s) 2 (2s 2p ) 5

3 S= (4 0.35)+ (2x0.85) =3.1 =7 3.1 = 3.9 مثال 3:- احسب الشحنة المؤثرة للنواة التي يحس بها الكترون التكافؤ) 4s ( في ذرة الخارصين 30Zn 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 0 (1s) 2 (2s 2p ) 8 (3s 3p) 8 (3d) 10 (4s 4p) 2 S= (1 0.35)+ (18x0.85) + (10 x 1) =25.65 = = 4.35 طاقة التاين او جهد التاين -: potential Ionization energy or Ionization ان طاقة التأين ( )IP هي مقياس مباشر لسهولة إزاحة الكترون في ذرة او ايون وتعرف عادة على انها الطاقة الالزمة لإلزاحة واحد إزاحة كلية في ذرة غازية متعادلة وهي في ادنى حاالت الطاقة لتكوين ايون غازي احادي الشحنة موجب وتسمى بطاقة التأين األولى ( 1 )First ionization potential ( )IP ولها يعود فقدان االلكترون الخارجي األول في الذرة. M (g) M + (g) + e تكون طاقة التأين عادة موجبة اإلشارة النها من نوع الماص للحرارة )endothermic( يمكن التعبير عنها بوحدات )ev( او بااللكترون فولت ) Kcal. Mol -1 ( او )KJ.mol -1 ( يمكن إزالة اكثر من الكترون من الذرة عند ذلك تسمى طاقة التاين ( 2 )IP ويمكن ( 3 )IP وكذلك ( 4 )IP... الخ وهذا يوضح ان لكل عنصر عدد من جهود التاين يساوي عدد الكترونات التاينات الثالثة التالية لذرة الليثيوم التي تمتلك الترتيب االلكتروني 1s 2 ذلك العنصر ولعل ابسط مثال على ذلك هو Li (g) Li + (g) + e IP 1 =5.392 ev Li + (g) Li 2+ (g) + e IP 2 = ev Li 2+ (g) Li 3+ (g) + e IP 3 = ev نالحظ صعوبة إزالة الكترون من االيون الموجب مقارنة بإزالة من الذرة المتعادلة حيث يتضح من المثال ان هناك زيادة كبيرة في طاقات التاين على الترتيب التالي

4 IP 1 IP 2 IP 3 IP 4. IP n ان الزيادة في طاقات التاين هذه يعود الى عوامل عديدة تتاثر بها قيم جهد التاين اللكترون معين وهذه العوامل هي :- -1 بعد االلكترون عن النواة ( نصف القطر الفعلي للذرة او االيون ) كلما ابتعد االلكترون عن النواة كلما قلت قوة ارتباطة بها وبتالي قلت قيمة طاقة التاين. اذا في الدورة تقل طاقة التاين بزيادة حجم الذرة ( العدد الذري ) 2- الشحنة المؤثرة للنواة ( * Z( Effective Nuclear Charge والتي بدورها تعتمد على مدى حجب االلكترونات المتبقية لاللكترون المراد ازاحتة من ذرة ما. على العموم يؤدي ازدياد مقدار الحجب عند ثبوت العوامل األخرى الى نقصان التاين والعكس بالعكس نوع االلكترون المزاح ان كان من نوع S او P او d او f ان االلكترون في المستوى الثانوي s له كثافة الكترونية ملحوظة قرب النواة أي انه يتغلغل قريبا من النواة بدرجة كبيرة. بناء على ذلك نتوقع ان تجري عملية إزالة االلكترون من المستوي الثانوي s بصعوبة كبيرة. ان تغلغل االلكترونات يتناقص تبعا للتسلسل التالي S p d f ويمثل هذا الترتيب أيضا تدرج الزيادة في مدى ارتباط االلكترون بالنواة بشرط تساوي العوامل األخرى وهذه االختالفات في مدى تغلغل االلكترونات التي تختلف في قيم العدد ( l ) يمكن ان تكون ذات اعتبارات هامة في تفسير انقطاع التدرج في جهد التاين للعناصر التي تتميز بمستويات ثانوية )d p(, نصف الممتلئة تاثير شحنة االيون) العدد التاكسدي للذرة ) ان زيادة فقدان االلكترونات يتسبب في زيادة الشحن المؤثرة للنواة ( * Z( مما يؤدي الى نقص نصف القطر الفعلي للذرة او االيون حيث تكون نتيجتها زيادة حادة في قوة الجذب بين االلكترونات المتبقية والشحنة النووية الفعلية للذرة لذلك فان جهد التأين لذرة معينة يزداد بزيادة عددها التأكسدي. اذا هناك سهولة في تكوين ايون مثل + Na وصعوبة في تكوين االيونات ذات الشحنة العالية مثل +3. Al -4 في ضوء هذه العوامل فان الزيادة الكبيرة في طاقات التاين المتعاقبة لذرة مثل ذرة الليثيوم ( المثال السابق( والي ذرة أخرىيجب ان تكون مفهومة لنا على اعتبار ان إزاحة االلكترون األول تسبب نقصا في مقدار الحجب بالنسبة لاللكترون الذي يليه رغم انه اليؤثر على مقدار شحنة النواة باإلضافة الى التجاذب الحاصل بين االلكترون المراد ازاحتة والشحنة الموجبة على االيون. اذا يكون نمط تغير طاقة التاين في الجدول الدوري على ضوء النقاط السابقة واعتمادا على قيم جهد التاين األول يلي كما

1- ضمن الدورة الواحدة نجد ان هناك اتجاها هاما لزيادة طاقة التاين مع زيادة العدد الذري وذلك نتيجة للزيادة المستمرة في قيم ( * Z( من اليسار الى اليمين يتبعها تقلص في الحجم الذري وانخفاض في قيمة ثابت

5 1- ضمن الدورة الواحدة نجد ان هناك اتجاها هاما لزيادة طاقة التاين مع زيادة العدد الذري وذلك نتيجة للزيادة المستمرة في قيم ( * Z( من اليسار الى اليمين يتبعها تقلص في الحجم الذري وانخفاض في قيمة ثابت الحجب ولكن هناك عوامل عديدة تجعل الزيادة المستمرة في طاقة التاين عبر الدورة الواحدة ليس منتظما فمثال عند االنتقال من الليثيوم الى النيون نالحظ نقطتي انعطاف في التغير األول من Be الى B والثاني من N الى O ويعود السبب في ذلك الى ان االلكترون المراد انتزاعة في كل من B و N يحتل احد اوربتاالت p بصورة انفرادية وهو من االلكترونات األقل نفاذية او غورا بتجاة النواة من الكترونات اوربتال s في Li و Be وعلية فهو اسهل انتزاعا من الكتروناتهما. اما سبب زيادة ( 1 )IP للنايتروجين مقارنة باالوكسجين فيعود لكون اوربتاالت 2p في النيتروجين نصف مملوئة وان إضافة الكترون اخر الى اوربتال نصف ممتلئ كما في االوكسجين فانة سوف يعاني تنافرا مع االلكترونات الموجودة أصال في االوربتاالت وعلية يسهل انتزاعة. ضمن المجموعة الواحدة يقل مقدار طاقة التاين بازدياد العدد الذري للعناصر ويعود ذلك الى ازدياد نصف القطر الذري للعنصر بازدياد العدد الذري له على الرغم من ازدياد تاثير شحنة النواة والتي تعمل باتجاة معاكس لهذا األسلوب في التغير تحتل الغازات النبيلة اعلى مقادير لطاقة التاين نظرا لالستقرار الكبير للبنية االلكترونية المكتملة في حين تحتل الفلزات القلوية ادنى مقادير الطاقة وتتناقص طاقة التاين عبر المجموعة بازدياد العدد الذري عند الذهاب من العنصر األخير لدورة واحدة الى العنصر األول من الدورة األخرى التي تليها مثال من الهليوم الى الليثيوم او من النيون الى الصوديوم يحصل تبدل كبير في قيم طاقة التاين ويعود ذلك الى الزيادة الحاصلة في حجم الذرات عند االنتقال من دورة الى أخرى تبعا لتغير عدد الكم الرئيسي. لحساب جهد التاين لذرة الهيدروجين والذرات الشبيهه بالهيدروجين يمكننا االعتماد على معادلة بور لحساب طاقة االلكترون E =- 2π 2 Z 2 e 4 m / h 2 ( 1/ n 1 2-1/ n 2 2 )

Σχετικά έγγραφα

بحيث ان فانه عندما x x 0 < δ لدينا فان

بحيث ان فانه عندما x x 0 < δ لدينا فان أمثلة. كل تطبيق ثابت بين فضائين متريين يكون مستمرا. التطبيق الذاتي من أي فضاء متري الى نفسه يكون مستمرا..1.2 3.اذا كان f: R R البرهان. لتكن x 0 R و > 0 ε. f(x) = x 2 فان التطبيق f مستمرا. فانه عندما x