الرابطة الفيزيائية Physical Bond

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "الرابطة الفيزيائية Physical Bond"

Λαύρα Κολιάτσος
6 χρόνια πριν
Προβολές:

1 الرابطة الفيزيائية Physical Bond الفصل 6 علينا أن نقول أنه توجد رابطة كيميائية بين ذرتين أو مجموعة ذرات. وفي حال وجود قوى بين الذرات فإنها تؤدي الى تجمع ذري مستقر ومناسب بحيث يمكن للكيميائي أن يعتبرها عينات جزيئية مستقلة. باولينغ L.Pauling أفكار رئيسة: 1 --تعمل القوى البينية اما بين الجزيئات المتماثلة او المختلفة او يمكن ان أن تكون أيضا بين جزيئات وشوارد بشكل عام تعتبر هذه القوى أضعف بكثير من قوى الروايط الكيميائية. 2 --تحتوي ثنائيات القطبية وقوى بين ثنائية قطبية الى جزيئات قطبية أخرى أو الى شوارد. 3 --تنشأ قوى التشتت بشكل مؤقت )آني( من ثنائيات قطبية ظهرت في جزيئات ال قطبية. ومقدار هذه القوى يعتمد على قابلية االستقطابية للجزيئة المعدنية. 4 --تسمى جميع هذه القوى بقوى فاندرفالس. 5 --تعتبر الرابطة الهيدروجينية نسبيا قوة ثنائيات قطبية غير ضعيفة وتعمل هذه الربطة بين رابطة قطبية مرتبطة بذرة هيدروجين وذرات ذات كهرسلبية في جزيئة مجاورة وهذه الذرات هي االوكسجين والنتروجين والفلور فقط. 6 --الرابطة الهيدروجينية بين جزيئات الماء قوية نسبيا وتلعب دورا هاما على خواص الماء الفيزيائية مثل درجة الغليان وبلورات الماء المتجمد )Ref. R.Chang P ( 73

2 تكلمنا في الفصل السابق عن القوى )روابط كيميائية( التي تجمع الذرات لتشكل جزيئات والسؤال الذي يطرح نفسه ما هي القوى التي تجمع الجزيئات لتشكل المواد على هيئة مواد سائلة أو صلبة. هذا ما سنحاول شرحه في هذا الفصل. إن القوى التي تجمع الجزيئات هي قوى تجاذب فيما بينها وهي في حالتها السائلة أو الصلبة. هذه القوى أضعف بكثير من القوى داخل الجزيئة المتمثلة بقوى الروابط بين الذرات. فعلى سبيل المثال إن الطاقة الازمة لتحويل سائل الى حالته الغازية )بخار( أقل بكثير من الطاقة الازمة لكسر الرابطة الكيميائية. Intermolecular Forces Intermolecular forces are attractive forces between molecules. Intramolecular forces hold atoms together in a molecule. Intermolecular vs Intramolecular 41 kj to vaporize 1 mole of water (inter) 930 kj to break all O-H bonds in 1 mole of water (intra) Generally, intermolecular forces are much weaker than intramolecular forces. توجد أنواع مختلفة من القوى بين الجزيئات وهي: 6 قوى ثنائية قطبية ثنائية قطبية :))Dipole Dipole Forces (Ref. R.Chang P. 463) هي قوى تجاذب بين الجزيئات القطبية. وكلما كبرت الثنائية القطبية كلما ازدادت قوتها. يبين الشكل اآلتي توجه الجزيئات القطبية في المواد السائلة والصلبة. بالطبع جزيئات السوائل أقل تماسكا من جزيئات المواد الصلبة. على كل تترتب جزيئات السوائل بشكل يجعل التجاذب الجزيئي في حده األعظمي. 74

Dipole-Dipole Forces Attractive forces between polar molecules Orientation of Polar Molecules in a Solid 6 قوى. 66.6 أيون )شاردة(- ثنائية قطبية :Ion-Dipole Forces (Ref. R.Chang P.

وتعتبرالشحن الموجبة على الكاتيونات )Cations( أكثر تركيزا منها على األنيونات )Anions( ألنها أصغر حجما.

3 Dipole-Dipole Forces Attractive forces between polar molecules Orientation of Polar Molecules in a Solid 6 قوى أيون )شاردة(- ثنائية قطبية :Ion-Dipole Forces (Ref. R.Chang P. 463) هي قوى تجاذب بين شاردة )موجبة أو سالبة( وجزيئة قطبية وتعتمد قوة التجاذب هذه على شحنة وحجم الشاردة وعلى مقدار استقطاب الجزيئة. وتعتبرالشحن الموجبة على الكاتيونات )Cations( أكثر تركيزا منها على األنيونات )Anions( ألنها أصغر حجما. لذلك يتوقع أن يكون التجاذب بين الكاتيونات والجزيئات القطبية أكبر من التجاذب بين األنيونات ونفس الجزيئات القطبية. Intermolecular Forces Ion-Dipole Forces Attractive forces between an ion and a polar molecule Ion-Dipole Interaction تمثل عملية اإلماهة )Hydrations( مثاال مناسبا لتوضيح ظاهرة قوى أيون-ثنائية قطبية. يبين الشكل التالي قوى أيون- ثنائية قطبية بين شاردة )أيون( الصوديوم وشاردة المغنزيوم ( +2 )Mg 75

مع جزيئة الماء القطبية. وبما أن شاردة المغنزيوم أصغر حجما وأكبر شحنة من شاردة الصوديوم Na( + ( لذلك يتوقع أن يكون التجاذب مع شاردة المغنزيوم أكبر من التجاذب مع شاردة الصوديوم.

4 مع جزيئة الماء القطبية. وبما أن شاردة المغنزيوم أصغر حجما وأكبر شحنة من شاردة الصوديوم Na( + ( لذلك يتوقع أن يكون التجاذب مع شاردة المغنزيوم أكبر من التجاذب مع شاردة الصوديوم.في الواقع يحاط كل أيون بعدد من جزيئات الماء في المحلول. (Ref. R.Chang P.464) 6 قوى التشتت :Dispersion Forces السؤال الذي يمكن أن يطرح ماهي قوى التجاذب بين الجزيئات الاقطبية. يمكن اإلجابة على هذا التساؤل إذا تصورنا أننا وضعنا شاردة أو جزيئة قطبية بالقرب من ذرة أو جزيئة ال قطبية سنجد أن التوزع االلكتروني للذرة أو للجزيئة الاقطبية قد تشوه )Distorted( نتيجة فعل الشاردة أو الجزيئة القطبية محدثة نوعا من ثنائية القطبية. تسمى هذه الثنائية القطبية. ثنائية قطبية محرضة Dipole(.)Induced يسمى الفعل المتبادل )التجاذب( بين شاردة وثنائية قطبية محرضة بقوى شاردة-ثنائية قطبية محرضة ويوجد نوع آخر من هذه تسمى قوى ثنائية قطبية-ثنائية قطبية محرضة. أما قوى التشتت والتي سنوضحها بعد شرح االستقطابية Polarizability التي تحدث في الذرات أو الجزيئات الاقطبية حيث يتم التوزع االلكتروني فيها لتصبح ما يسمى تشوه )Distortion( للغيمة االلكترونية والذي يؤدي إلى ظاهرة االستقطاب للذرة أو للجزيئة الاقطبية وهي التي تساعد في عملية التسييل أي تحويلها إلى حالتها السائلة عند درجات حرارة منخفضة كما في حالة غازي الهليوم والنيتروجين. 76

Dispersion Forces Intermolecular Forces Attractive forces that arise as a result of temporary dipoles induced in atoms or molecules ion-induced dipole interaction dipole-induced dipole interaction

5 Dispersion Forces Intermolecular Forces Attractive forces that arise as a result of temporary dipoles induced in atoms or molecules ion-induced dipole interaction dipole-induced dipole interaction على سبيل المثال التوضيحي يتحرك الكتروني ذرة الهليوم على بعد من النواة وفي أية لحظة تتشكل ثنائية قطبية لذرة الهليوم بسبب التحرك االلكتروني وتسمى هذه الثنائية القطبية بالثنائية القطبية اآلنية Instantaneous ألنها تستمر لجزء صغير جدا من الثانية وفي لحظة الحقة يتغير الموضع االلكتروني لينشأ عنها ثنائية قطبية آنية وهكذا باستمرار الحرارة تتشكل ثنائيات القطبية المتعاقبة والتي تلقي بعضها البعض. يؤدي هذا الوضع االلكتروني من حيث تشكل ثنائية القطبية على ذرة الهليوم والتي تستطيع إحداث ثنائية قطبية محرضة في الذرات المجاورة لها. تتكرر هذه العملية من تشكيل ثنائيات قطبيةآنية وثنائيات قطبية محرضة في الذرات المجاورة. تؤدي هذا الظاهرة إلى حدوث ما يسمى قوى التشتت Dipersion Forces والتي هي عبارة قوى تجاذب بسبب التشكل اآلني لثنائيات قطبية محرضة في الذرات والجزيئات. عند التبريد بدرجة حرارة منخفضة تنخفض سرعة الذرات وتصبح قوى التشتت قوية لدرجة تستطيع مسك ذرات الهليوم مع بعضها محو ال الغاز )الهليوم( إلى حالته السائلة. تسمى هذه القوى )التشتت( بقوى لندن Forces( )London نسبة للعالم الفيزيائي لندن الذي درس هذه القوى باالعتماد على نظرية الميكانيك الكوانتي. تزداد هذه القوى بازدياد الكتلة الجزيئية Mass( )Molar والذي يعني ازدياد عدد االلكترونات. تزداد درجات االنصهار مع ازدياد عدد االلكترونات في الجزيئات. إن القوى الوحيدة في هذه الجزيئات هي قوى التشتت. 77

(Ref. R.Chang P.467) -6. 66.6 الرابطة الهيدروجينية Hydrogen Bond تزداد درجات الغليان لمجموعة من المركبات المتماثلة بازدياد كتلها الجزيئية.

6 (Ref. R.Chang P.467) الرابطة الهيدروجينية Hydrogen Bond تزداد درجات الغليان لمجموعة من المركبات المتماثلة بازدياد كتلها الجزيئية. هذا االزدياد هو نتيجة ازدياد في قوى التشتت للجزيئات التي تحوي عدد أكبر من االلكترونات. على سبيل المثال يبدو في الشكل التالي درجات الغليان لمجموعة من مركبات هيدروجينية لعناصر CH 4 األخف وزنا له درجة غليان األخفض بينما المركب المجموعة 4A. حيث درجة الغليان لمركب SnH 4 األثقل له درجة الغليان األعلى وهذا المنحى المتوقع )تزداد درجة الغليان بازدياد الكتلة الجزيئية. يشذ عن هذا المنحى المركبات الهيدروجينية لعناصر المجموعات )5A و 6Aو 7A (. حيث نجد المركبات )HF H 2 هي ذات درجات الغليان األعلى. وقد تبين أن السبب في ذلك إلى وجود O NH 3 األخف كتلة ( قوى بين الجزيئات هي األعلى في هذه الجزيئات بالمقارنة مع الجزيئات الموجودة في نفس المجموعة. تدعى هذه القوى بالرابطة الهيدروجينية التي هي نوع خاص من التأثير المتبادل لثنائيات القطبية- ثنائيات قطبية بين ذرة هيروجين في رابطة قطبية كما في N-H وO-H وH-F وذرة ذات كهرسلبية مثل وF. وN O تمثل الرابطة الهيدروجينية بخط متقطع بين ذرة الهيدروجين في مركب والذرة ذات الكهرسلبية العالية في مركب آخر. A-H.B A-H.A 78

حيث A وB تمثان ذرة أكسجين أو نيتروجين أو فلور. وجميع هذه الذرات يحوي أزواج الكترونية وأحد هذه األزواج هو الذي يشكل الرابطة الهيدروجينية مع ذرة الهيدروجين. تقدر طاقة الرابطة الهيدروجينية وسطيا.K.

7 حيث A وB تمثان ذرة أكسجين أو نيتروجين أو فلور. وجميع هذه الذرات يحوي أزواج الكترونية وأحد هذه األزواج هو الذي يشكل الرابطة الهيدروجينية مع ذرة الهيدروجين. تقدر طاقة الرابطة الهيدروجينية وسطيا.K.Cal/mol 10 وتؤثر هذه الرابطة على بنية وخواص مركبات عديدة مثل درجة االنصهار والغليان واللزوجة. Intermolecular Forces Hydrogen Bond The hydrogen bond is a special dipole-dipole interaction between they hydrogen atom in a polar N-H, O-H, or F-H bond and an electronegative O, N, or F atom. A H B or A H A A & B are N, O, or F 12. تساهم الرابطة الهيدروجينية في كثير من عمليات االنحال بشكل كبير. فانحال األمونيا وكحول الميثانول في الماء هو نتيجة تشكل روابط هيدروجينية بين ذرة النيروجين في األمونيا وذرة الهيدروجين في الماء. وكذلك تشكل رابطة هيدروجينية بين ذرة هيدروجين المرتبطة بأكسجين مجموعة الهيدروكسيل )CH 3 وذرة أكسجين الماء. في مركب الميثانول OH( وتلعب الرابطة الهيدروجينية دورا مهما في تحديد بنية وخواص العديد من المركبات الحيوية ذات الوزن الجزيئي الكبير. فالبروتينات الليفية Proteins( )Fibrous التي توجد في الحرير والشعر والعضات هي عبارة عن جزيئات بروتينية على هيئة ساسل طويلة مرتبة في شكل حزم مرتبطة ببعضها بروابط هيدروجينية. يبين الشكل التالي بنية البروتين DNA المؤلف من سلسلتين طويلتين Helix( )Double تجمعها روابط هيدروجينية. وانكسار الروابط الهيدروجينية في مركب DNA هو الذي يؤوي إلى االنقسام المتجانس لها وتشكيل خايا جديدة متماثلة مع األم. 79

8 Hydrogen Bonds in Parallel and Antiparallel β-pleated Sheets 22.3 كلمة أخيرة حول دور الرابطة الهيدروجينية في جعل كثافة الماء المتجمد )الحالة الصلبة للماء( أخف من كثافة الماء في حالته السائلة. فالشبكة البلورية للجليد تحدث فراغا يزيد من حجمه وبالتالي تنخفض كثافته )يطفو الجليد في وسط الماء( وكثافة الماء تزداد مع انخفاض درجة حرارته حتى تصل إلى الكثافة العظمى عند درجة +4 مئوية وثم تعود إلى االنخفاض لتصبح األقل عند مرحلة تجمد الماء. 80

9 6 تعابير كيميائية ذات معنى مهم قوى ترابط من نوع آخر: قوى تجاذب عزوم ثنائيات قطبية لبن الجزيئات قوى تشتت )لندن( التي تنشأ بشكل آني من التأثير المتبادل لثنائيات قطلبة مع ذرات أو جزيئات جزيئات القطبية. الرابطة الهيدروجنية هي شكل آخر من التجاذب بين ثنائيلت قطبية. توجد الرابطة الهيدروجنية في جزيئات تحوي ذرة هيدروجن مرتبطة بذرة ذات كهرسلبية عالية مثل األكسجن أو النيتروجن أو الفلور. تساهم الرابطة الهيدروجنية في بعض الخواص الفيزيائية للمركب وتشكل عاص درجة غليانه )الماء(. إضافات مدرس المقرر 81

10 82

Σχετικά έγγραφα

) الصيغة التي تستخدم رموز العناصر والروابط لعرض األماكن النسبية للذرات.

) الصيغة التي تستخدم رموز العناصر والروابط لعرض األماكن النسبية للذرات. 7 1 اكتب في الفراغ المحدد االسم أو المصطلح العلمي الدال على كل عبارة من العبارات التالية : ) القوة التي تربط الذرات معا. ( ) يتكون من ارتباط ذرتين أو أكثر تساهميا. ( ) نوع من الرابطة التساهمية تتكون من