Молекул хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүч

Transcript

1 CHEM101: Органик биш хими I Лекц 9 Молекул хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүч Бодисын агрегат төдөв. Фазын шилжилт Молекул хоорондын харилцан үйлчлэлийн төрлүүд Шингэн бодисын шинж чанар. Гадаргын таталцал, шүүрлийн үзэгдэл, зууралдлага. Хатуу бодисын шинж чанар. Бодисын талс бүтэц. Талст нэгдлийн шинж чанарыг тайлбарлах ТОО, талст торын энерги Хийн шинж чанар. Хийг тодорхойлогч үндсэн параметрүүд. Хийн молекул-кинетикийн онол. Идиал хийн хууль ба химийн урвалын стехиометр. Бодит хий 1

2 БОДИCТ ИЛРЭХ ЦАХИЛГААН СТАТИК ХҮЧҮҮД Молекул дотоодын харилцан үйлчлэлийн хүч Молекул хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүч Бодисыг бүрдүүлэгч атом хоорондын холбоосын хүч Бодисыг бүрдүүлэгч харьцангуй бие даан орших молекул, молекул ионы хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүч ХИМИЙН ХОЛБОО Вандерваальсийн хүч Бодисын хими шинж чанарыг тодорхойлогч хүч Бодисын физик шинж чанарыг тодорхойлогч хүч 2

3 Бодисын төлөв байдлын бодит өөрчлөлт, молекулын кинетик энерги ба молекул хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүчний харьцаагаар тодорхойлогдоно. Харилцан үйлчлэлд орших молекулуудын потенциал энерги хэдий их байна молекул хоорондын холбоо төдий батжилтай байна Хөдөлж байгаа молекулын кинетик энерги өсөхийн хирээр молекул хоорондын холбоо суларна 3

4 Бодисын төлөв байдлыг үнэлэх макро үзүүлэлтүүд Бодисын төлөв Хэлбэр ба эзэлхүүн Шахагдах шинж Урсах чанар Хий Савны эзэлхүүн ба хэлбэрээр тодорхойлогдоно Маш сайн Маш сайн Шингэн Савны эзэлхүүн ба хэлбэрээр тодорхойлогдоно. Эзэлхүүн нь гадаргаар хязгаарлагдана. Маш бага Сайн Хатуу Өөрийн хэлбэр, эзэлхүүн үүсгэн оршино Бараг үгүй Бараг үгүй 4

5 Атом хоорондын харилцан үйлчлэлий хүчүүд Химийн холбооны хүч Хүчний төрлүүд Ионы холбоо Загвар Таталцлын эх үүсвэр 1.Химийн холбоо Катион ба анион Энерги кж/моль Жишээ NaCI Хоолны давс Ковалент холбоо Цөм ба цөм дундын хос электрон H 2 Устөрөгч хий Металлын холбоо Катион ба үл байршсан электронууд Fe Металл төмөр 5

6 Ион-диполийн хүч Дипольдиполийн хүч Ион-нидукцийн диполийн хүч Дипольнидукцийн диполийн хүч Молекул хоорондын харилцан үйлчлэлийн төрлүүд Хүчний төрлүүд Загвар Таталцлын эх үүсвэр Энерги кж/моль Дисперсийн (Лондоны) хүч Устөрөгчийн холбоо Донор-акцептор холбоо Цэнэгт ион ба диполийн цэнэг Cl - H 2 O Na + OH 2 NaCl ын уусмал Диполийн цэнэгүүд 5-25 H-CI H-CI Цэнэгт ион ба туйлшрагч молекул Диполийн цэнэг ба туйлшрагч молекул 3-15 Fe 2+ O H-CI Cl-CI Туйлшрагч молекулууд F-F F-F Хүчтэй туйлширсан устөрөгчийн атом ба хос электрон агуулсан бодисууд Хоосон орбитал ба хос электронтой атом агуулсан бодисууд HO-H N H Жишээ F 3 B NH 3 6

7 Иодын уусмал дахь молекул хоорондын донор-акцепторын холбоогоор үүсэх I 2 B нэгдлийн молекуль орбиталын энергийн зураглал. Иодын өнгөний өөрчлөлт B - ус, бензол, толуол, ацетилеи зэрэг уусгагчдын молекулыг тэмдэглэв АО I МО I 2 * 2p АО I E ΔЕ = hλ, λ = 520 нм π * 2p 2p π 2p 2p 2p 7

8 1. Шингэн бодисын шинж чанар Бүх шингэн бодисуудын физик үзүүлэлт: ГАДАРГЫН ТАТАЛЦАЛ, ШҮҮРЭЛ, ЗУУРАЛДЛАГА ГАДАРГЫН ТАТАЛЦАЛ: Шингэний гадаргыг хамгийн боломжит хэмжээгээр ихэсгэхэд зарцуулагдах энергийн, 1м 2 гадрагад оногдох тоон утга: [Ж/м 2 ] Шингэний бодисын гадаргын таталцал. Бүтцийн жижиг хэсгүүдийн харилцан үйлчлэлийн хүч Øèíãýí Òîìú î Ãàäàðãûí òàòàëöàë, Õàðèëöàí Æ/ì 2, 20 î Ñ éë ëýëèéí õ Äèýòèëèéí ýôèð C 2 H 5 -O-C 2 H Äèïîë-äèïîëèéí хүч Ýòîíàë C 2 H 5 OH Óñòºðºã èéí õîëáîî Áóòàíîë C 4 H 9 OH Äèñïåðñèéí õ Óñ H 2 O Óñòºðºã èéí õîëáîî ̺íãºí óñ Hg Ìåòàëûí õîëáîî

9 2. Шүүрэл (капилярын үзэгдэл): Шингэн бодис газрын татах хүчний эсрэг капиляр (хялгасан) хоолойгоор өгсөх үзэгдэл Шүүрэл болох эсэх нь: Шингэний молекул хоорондын харилцан үйлчлэлийн когезын (таталцлын) хүч, Шингэн ба шилэн гуурсын хана хоорондын харилцан үйлчлэлийн адгезийн (наалдах) хүчний ялгаанаас хамаарна Øèë ñàâàí äàõü óñ áîëîí ìºíãºíóñíû àäåãåç áà êîãåçûí õ íèé ÿëãàà Óñíû ìîëåêóë øèëíèé õàíàòàé ñãýõ óñòºðºã èéí õîëáîîíû нөлөөгөөр àäãåçûí õ èõñýж, ãóóðñààð óñ ºãñºí õîòãîð ãàäàðãà ñãýíý. Øèë ìºíãºí-óñíû õîîðîíä ñóë äèñïåðñèéí õ éë ëýõ òóë ãóóðñààð ºãñºõ õýìæýý áàãà, òºâãºð ãàäàðãà ñãýíý. 9

10 ЗУУРАЛДЛАГА: Шингэний урсах хурдыг саатуулагч молекул хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүч Шингэн зууралдлагатай байдаг учраас шингэнийг урсгахад түүний молекулууд орчны гадаргыг бүрхэн нэг нэгэн дээгүүрээ өнгөрнө. Тосон балны ажиллах зарчим шингэний зууралдлага, капиляр (шүүрэл) -ын үзэгдлийн шинж чанарт үндэслэнэ Бэх ба металл бөмбөлөгийн хооронд үүсэх адгезийн хүчээс бэх ба цаасны хооронд үүсэх адгезын хүч их байх тул бэхээр норгогдсон бөмбөлөг цаасан дээгүүр өнхрөхөд бэх цаасан дээр үлдэнэ. Шингэний зууралдлага температур ихсэхэд буурна. Температур, o С Усны зууралдлага [H сек/м 2 ]

11 Шингэний зууралдлага, гадаргын таталцал, шүүрлийн үзэгдэл ахуй амьдралд хамгийн өргөн тохиолдоно Цаас болон бөс даавуугаар шингэнийг шингээн авах үзэгдэл Цаас болон бөс даавуу: -OH бүлэг агуулсан урт гинжин хэлхээт нүүрсустөрөгчийн молекулаас тогтсон целлюлозын утаслаг хэсгээс тогтоно Усны молекултай үүсгэх адгезын хүч (H-ийн холбоо), усны молекул хоорондын когезийн хүч (Hийн холбоо) -ээс их тул усны нимгэн үе целлюлозын утаслаг хэсгийн дундуур өгсөнө. Усны молекул, целлюлозын OH бүлгийн хооронд үүссэн устөрөгчийн холбоо (адгезийн хүч) -ны нөлөөгөөр ус алчуурт шингэн үлдэнэ. F когез (ус) >>F адегез(ус ба навчны гадарга) Цэцэг, навчны гадарга, сайтар өнгөлсөн шил болон металл гадага дээр усан дусал Усан дусал ба туйлт биш гадаргын хооронд үүсэх дипол-индукцийн диполийн харилцан үйлчлэлийн (адгезийн) хүч усны молекул хоорондын устөрөгчийн холбооны хүчээс бага тул ус бодисын гадаргаас түлхэгдэнэ. усны бөмбөлөг дусал туйлт биш гадрага дээр үүснэ. 11

12 2. Хатуу бодисын шинж чанар. ХАТУУ БОДИС ТАЛСТ ХАТУУ БОДИС Хатуу бодсыг бүрдүүлэгч атом, молекул, ионууд орон зайн тодорхой чиглэд, хатуу тогтсон эрэмбийн дагуу байршин, тодорхой бүтэц байгууламж үүсгэнэ АМОРФ ХАТУУ БОДИС Янз бүрийн хэлбэр дүрс үүсгэх боловч бүтцийн жижиг хэсгүүд (атом, молекул, ион) нь тогтсон дараалал, байгууламж үүсгэдэггүй

13 Êðèñòàëëîãðàôèéí êîîðäèíàò ТАЛСТ ТОР БА ТАЛСТЫН ЭГЭЛ ҮҮР Идиал нөхцөлд талст нь тодорхой цэгт орших орой, ирмэг болон хажуу хавтгайгаар орчноос зааглагдана Талстын бүтцийг бичихийн тулд кристаллографийн координат (тэнхлэг) ашиглана. Уг тэнхлэг ердийн коориднатаас ялгаатай а, b, с гэсэн төгсгөлөг гурван хэрчим, тэдгээрийн хооронд үүссэн тэгш болон хурц өнцөг (,, ) -өөс тогтсон Талстын 7 эгэл үүр 13

14 Òàëñ õàòóó áîäèñûí òàëñòóóä Атомын талст Ионы талст Металлын талст Na+ Cl- Аргон (Ar) Металл натри (Na) Молекулын талст NaCl Ковалентын сүлжээт талст Ус, (H 2 O) Иод (I 2 ) Алмаз, С Бал чулуу, С 14

15 БҮСИЙН ОНОЛ: Талст хатуу бодисын химийн холбооны төрхийг молекул орбиталын арга (МОА) -аар тайлбарлах квант механикийн загварчлал Ìåòàëë ëèòèéí ìîëåêóë îðáèòàëûí á ñ 15

16 Òàëñò áîäèñûí ìîëåêóë îðáèòàëûí ýíåðãèéí á ñ äèéí ÿëãàà 16

17 Хагас дамжуулагчийн дамжуулах бүст электроны шилжилт (урсгал), валентын бүст нүхний үүсэлт (шилжилт) болох замаар хагас дамжуулагчаар цахилгаан гүйдэл дамжина. электрон (n -хэлбэрийн) дамжуулалт нүхэн (р хэлбэрийн) дамжуулалт зэрэг явагдана. Хагас дамжуулагчийг халаах эсвэл гэрэлтүүлэхэд дамжуулах бүст шилжих электроны тоо болон шинэ нүхний үүсэлт ихэсдэг. Ийнхүү хагас дамжуулагчийг халаахад дамжуулах чадвар ихэсдэг. Дамжуулагчид (металл) -ын дамжуулах чанар буурна. Энэ шинж дамжуулагчын хагас дамжуулагчаас ялгагдах үндсэн ялгаа болдог. Абсолют тэг температур (Т = 0 K) -ын орчинд хагас дамжуулагчид хаалттай бүсээ давах энерги хүрэлцдэггүй учраас тусгаарлагч болдог бол металл хэт дамжуулагч болдог. Энергийн алдагдалгүй цахилгаан дамжуулахыг хэт дамжуулалт гэнэ. 17

18 Металлын абсолют тэг температурт (0K = o C) дөхтөл хөргөхөд хэт дамжуулалт хүчтэй илэрдэг. Хэт бага температурыг шингэн гелийн орчинд (T буцлах (He)= 4K = -269 o C) гаргаж авдаг боловч үнэ ихтэй байдгаас 1986 онд шингэн азотын (T буцлах (N 2 ) = 77K = o C) орчимд хэт дамжуулах шинж үзүүлдэг цахиурын оксидыг синтеклэн гаргасан Хэт дамжуулагчийн үүсэх хүчтэй цахилгаан соронзон орны үйлчлэлээр металл дугуй дээш хөндийрэх байдал Хэт дамжуулагч гарган авах температурыг тасалгааны температур хүртэл өсгөх, захиалгат шинэ хэт дамжуулагч бүтээх судалгаа физик, хими, инженерийн салбарын олон зуун эрдэмтдийг хамран хийгдсээр байна Хэт дамжуулагч бодис ашиглан онцгой хямд цахилгаан эрчим хүч гарган авах боломжтой. Хэт дамжуулагчдийн үүсгэх хүчтэй цахилгаан соронзон орны өвөрмөц үйлчлэлийг ашиглан хурдан галт тэрэг бүтээсэн. Хэт дамжуулагч суурьд үүсэх хүчтэй цахилгаан соронзон хурдан галт тэргийг замаас дээш хөндийрүүлж, асар хурдтай хөдлөх үеийн үрэлтийн хүч ба хэт халалтын бэрхшээлийг арилгадаг 18

19 Талстын гажиг ба түүний хэрэглээ Идеал талстаас бусад талстуудын талст торын зангилаа болон талстын орон зайд өөр бодисын атом, ион, молекул солигдон байршсаныг талстын гажиг гэдэг. Хэсэгчлэн дүүргэгдсэн орбитал Si-Ga -ûí p-õýëáýðèéí õàãàñ äàìæóóëàã Si-As -ûí n-õýëáýðèéí õàãàñ äàìæóóëàã 19

20 3. Бодисын хийн төлөв байдал. Хийт төлөв байдлыг тодорхойлогч параметрүүд Хийн атом ба молекулын харилцан үйлчлэлийн хүч Хийн шинж чанарууд Даралт Температур Эзэлхүүн Молийн тоо (n) 0 о С ( K), кпа хийн хэвийн нөхцөл буюу нормаль төлөв диполдиполийн диполиндукцийн диполийн дисперсийн хүч Шахагдах Тэлэх Холилдох Шингэрх Зууралдлага бага Нягт бага 20

21 Агаарын даралт хэмжигч багажууд, барометр ба манометр Агаарын даралтыг хэмжих Торриселийн барометр P хий = Р атм P хий = Р атм - h P хий = Р атм + h А. Бèò òºãñãºëò ìàíîìåòð, Б. Зàäãàé òºãñãºëò ìàíîìåòð 21

22 Хийн даралтыг хэмжих нэгж ба тэдгээрийн хэрэглээ Паскал Нэгж 0 о С, далайн түвшин дэх агаар (атммофер) -ын даралт Па, кпа Атмосфер 1 aтм Хими Миллиметр мөнгөн ус Хэрэглээний салбар СИ нэгж, физик, хими 760 ммhg = 760 торр Хими, биологи, анагаах ухаан Вaр Вaр Цаг уур, хими, физик Нэг инч талбай дахь фунт 14.7 lb/инч 2 Инженерийн салбар 22

23 Идеал нөхцөлд тодорхойлогдсон хийн шинж чанар ИДЕАЛ ХИЙН ХУУЛЬ Идеал нөхцөл: Туршилтын явцад болох молекул хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүч болон орчны бүхий л нөлөөллийг үл тооцоно. Хийн шинж чанарыг тодорхойлогч хувьсах хэмжигдэхүүнүүдийн хооронд энгийн шугаман хамаарал үйлчилнэ гэж үзнэ Бойлийн хууь: Чарлесийн хууль: V ~ 1 P V ~ T,, V ~ nt P Авогадрогийн хууль: V ~ n, VP nt, PV nt R 23

24 . ИДЕАЛ ХИЙН ХУУЛИЙН ХЭРЭГЛЭЭ Хийн нягт, молийн масс, хийн холимог дахь парациал даралт зэргийг тооцоолно n m V m Ì n PV RT PV m V m M ; nrt M m M MÐ RT RT mrt PV ρ RT P P íèéëáýð P õóó ðàé àãààð P óñíû óóð 24

25 Бодит хий Ердийн нөхцөл буюу харьцангуй бага даралт, өндөр температурт ихэнх хий идеал хийн шинжийг үзүүлдэг. БОДИТ БАЙДАЛД: молекулын эзэлхүүн атомын радиус, холбооны уртаар тодорхойлогдоно молекул өөрөө туйлгүй болон туйлт жижиг хэсэг байдаг молекул хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүчүүд хийн молекулд үйлчилнэ Бага температур, хэт өндөр даралтын орчинд идеал хийн загв аар хийн шинж чанарыг илэрхийлэх боломжгүй Орчины даралт 10 атм -ээс их болох үеэс бодит хийн шинж чанар идеал хийн шинж чанараас хазайх хазайлтууд ажиглагдана 25

26 Тухайн саван дахь молекулын хувийн эзэлхүүний ихсэлт давамгайлах үед болох гажилт Молекул хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүч давамгайлах үед болох гажилт Åðäèéí äàðàëòàä õèéí ìîëåêóë àëñëàãäàí õàðèëöàí éë ëýëèéí õ ñóë áàéíà. ªíäºð äàðàëòàä õèéí ìîëåêóë îéðòîí õàðèëöàí éë ëýëèéí õ èõñýíý. ìîëåêóë õîîðîíäûí õàðèëöàí éë ëýëèéí íºëººãººð ñàâíû íàíàíä éë ëýõ õ ñóëàðíà. 26

27 Лекцийн бие даалт 9 Асуулт даалгавар: Усны молекул орчний температураас хамааран хатуу, шингэн хийн 3 төлөвт орших шалтгааныг молекул хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүчний шинж чанарыг үндэслэн тайлбаланауу Холбогдох материал: [1] ийн 7 р бүлэг [5-6] - ийн Intermolecular forces бүлэг Бие даан уншиж судлах материал: Молекул кинетикийн онол [1] ийн хуудас Бодисын төлөв байдлын өөрчлөл [1] ийн хуудас Бодисын төлөв байдлын өөрчлөлтийн тэнцвэр [1] ийн хуудас