.jpg)
محتویات:
برای پرش به مطلب مربوط به هر عنوان، بر روی آن عنوان در قسمت بالا کلیک کنید.
بهطور کلی بین اتمها، یونها و مولکولها برهمکنشهای زیر متداول هستند:
پیوند کووالانسی، پیوند یونی، پیوند فلزی، پیوند یون ـ دوقطبی، پیوند دوقطبی ـ دوقطبی، پیوند یون ـ دوقطبی لحظهای، پیوند دوقطبی ـ دوقطبی لحظهای، پیوند لاندن و پیوند هیدروژنی.
با پیوندهای کووالانسی و یونی قبلا آشنا شده ایم. با پیوند فلزی در بخش جامدات فلزی آشنا خواهیم شد. در ادامه با مابقی پیوندهای یاد شده که در آنها معمولا مولکولها نیز دخیل هستند، آشنا می شویم.
پیوند یون ـ دوقطبی برهمکنشی است که بین یک یون و یک مولکول قطبی شکل میگیرد. در واقع در صورتیکه سر ناهمنام یک مولکول قطبی در مجاورت یک یون قرار بگیرد، بین آنها جاذبه برقرار می شود که از آن بعنوان پیوند یون ـ دوقطبی یاد می شود. قدرت برهمکنش یون ـ دوقطبی متناسب با بار یون و گشتاور دوقطبی مولکول قطبی است و با افزایش فاصله کاهش مییابد.
پیوند یون ـ دوقطبی میتواند مثلاً موقع انحلال جامدات یونی در حلالهای قطبی یا جامدات یونی حاوی مولکولهای قطبی مثل آب مشاهده شود. هنگامیکه یک یون در یک حلال قطبی حل میشود، یون با مولکولهای حلال، حلالپوشی میشود و تعدادی پیوند یون ـ دوقطبی تشکیل میشود.
برهمکنشهایی هستند که بین مولکولهای قطبی بهوجود میآیند. در واقع در صورتیکه سرهای ناهمنام مولکولهای قطبی در مجاورت یکدیگر قرار بگیرند، بین آنها جاذبه برقرار می شود که از آن بعنوان پیوند دوقطبی ـ دوقطبی یا بطور خلاصه تر قطبی-قطبی یاد می شود.قدرت پیوندهای قطبی ـ قطبی متناسب با حاصلضرب گشتاور دوقطبی مولکولهای قطبی برهمکنشکننده هستند و مشابه دیگر برهمکنشها با افزایش فاصله ضعیفتر میشوند.
برهمکنشی است که بین یک یون و یک مولکول غیرقطبی شکل میگیرد. ابر الکترونی مولکول غیرقطبی در حالت عادی متقارن است. حضور یک یون یا مجاورت مولکول غیرقطبی با یون تقارن ابر الکتریکی مولکول غیرقطبی را به علت جاذبه و دافعهی ابرالکتریکی مولکول غیرقطبی با یون بهم میزند. مثلاً اگر یون مثبت باشد، ابر الکترونی مولکول غیرقطبی به سمت یون مثبت کشیده میشود و در مجاورت یون مثبت فزونی ابر الکترونی یا بار جزئی منفی ایجاد می شود، درحالیکه در سمت دور از یون مثبت کمبود ابر الکترونی و بار جزئی مثبت ایجاد می شود.
به علت پیدایش بارهای جزئی در مولکول غیرقطبی، بین یون و مولکول غیرقطبی جاذبه برقرار میشود. به بارهای جزئی حاصله روی مولکول غیرقطبی که تحت تأثیر عامل خارجی بهوجود آمدهاند، بارهای جزئی القایی گفته میشود و مولکول غیرقطبی را که به صورت لحظهای بخاطر یک عامل خارجی به یک دوقطبی تبدیل شده است دوقطبی لحظهای یا القائی می نامند.
مقدار بارهای جزئی القا شده بر روی مولکول غیرقطبی تابعی از بار یون و سهولت قطبیده شدن مولکول غیرقطبی است و با افزایش آنها افزایش می یابد. قطبشپذیری بیانگرسهولت قطبیده شدن مولکول غیرقطبی است و به طور کلی با افزایش اندازهی مولکول افزایش مییابد. با افزایش بارهای جزئی القا شده بر روی مولکول غیرقطبی و بار یون و کاهش فاصله مولکول غیرقطبی و یون پیوند یون – دو قطبی لحظه ای قویتر میشود.
برهمکنشی است که بین یک مولکول قطبی و یک مولکول غیرقطبی ایجاد میشود. در صورت مجاورت یک مولکول قطبی و یک مولکول غیرقطبی تحت تأثیر بارهای جزئی دائمی مولکول قطبی، در مولکول غیرقطبی بارهای جزئی القا میشوند، مولکول غیرقطبی به صورت یک دوقطبی لحظهای در میآید و بین مولکول قطبی و مولکول غیرقطبی جاذبه برقرار میشود که به جاذبه حاصل پیوند دو قطبی دائمی - دو قطبی لحظه ای( القائی) یا دو قطبی - دو قطبی لحظه ای( القائی) یا قطبی - قطبی لحظه ای( القائی) میگویند.
مقدار بارهای جزئی القایی و قدرت برهمکنش متناسب با گشتاور دوقطبی مولکول قطبی و قطبشپذیری مولکول غیرقطبی است. این برهمکنش مثلاً در انحلال مواد غیرقطبی در حلالهای قطبی یا بالعکس مشاهده میشود.
برهمکنشی است که در کلیه مواد بین سایر برهمکنشهای ممکن وجود دارد. برای مواد غیر قطبی، این برهمکنش تنها برهمکنش ممکن بین مولکولهای غیرقطبی است و برای مابقی مواد معمولا ضعیف تر و کم اهمیت تر از برهمکنش های دیگر است، بهمین جهت پیوند لاندن برای مواد غیرقطبی بیشترین اهمیت را دارد و معمولا تشکیل آن بین مولکولهای غیرقطبی درنظرگرفته می شود و بررسی می شود. در صورتیکه به هر دلیلی تقارن ابر الکتریکی یک مولکول غیرقطبی بهم بخورد، مولکول غیرقطبی به یک دوقطبی لحظهای تبدیل میشود و این دوقطبی لحظهای، مولکولهای غیرقطبی اطراف را نیز به خاطر القا به دوقطبی لحظهای تبدیل خواهد کرد و در نتیجه بین مولکولها میتواند جاذبه برقرار شود. از جاذبه های حاصله بعنوان پیوند لاندن یاد می شود.
دوقطبیهای لحظهای ایجاد شده به راحتی میتوانند وارونه شوند و در نتیجه بهطور میانگین گشتاور دوقطبی مولکولها صفر است، اما جاذبهی بین آنها به طور میانگین غیر صفر است و وجود دارد. قدرت این برهمکنشها بستگی شدیدی به قطبشپذیری مولکول دارد و با افزایش اندازهی مولکول به سرعت رشد میکند.
نیروهای لاندن بهطور کلی تابعی از اندازهی مولکول و شکل مولکول هستند که اندازهی مولکول مهمترین فاکتور محسوب میشود.
هر چه اندازهی مولکول بزرگتر باشد (تعداد اتمهای بیشتری داشته باشد و از اتمهای بزرگتری تشکیل شده باشد)، ابر الکترونی آن نیز بزرگتر خواهد بود که قطبش پذیری بیشتری برای مولکول نتیجه خواهد داد و احتمال تشکیل دوقطبیهای لحظهای و گشتاور دو قطبی بالاتر برای دوقطبیهای لحظهای تشکیل شده بیشتر خواهد شد و بنابراین نیروهای لاندن و نیروهای بین مولکولی قویتر خواهند بود. این مطلب می تواند خودش را به صورت افزایش دمای ذوب و جوش ترکیبات با افزایش اندازه آنها نشان دهد.
با توجه به اینکه معمولاً با افزایش جرم مولکول، اندازهی مولکول نیز زیاد میشود، گاهی اوقات میگویند نیروهای لاندن با جرم مولکولها متناسباند، اما در صورتیکه افزایش جرم مولکولها منجر به افزایش اندازه مولکولها نشود(مثل مورد ایزوتوپها) متناسب بودن نیروهای لاندن با جرم مولکولها صادق نخواهد بود. بعنوان مثال میتوان دمای جوش ایزوتوپ های هیدروژن(که تنها پیوند لاندن بین مولکولهای آنها وجود دارد) را درنظر گرفت. با وجوداینکه از هیدروژن به تریتیم جرم سه برابر میشود، اما اندازه و در نتیجه نیروهای بین مولکولی و دمای جوش چندان تغییر نمی یابد.
شکل مولکولها نیز در تعیین قدرت پیوندلاندن تاثیرگذار هستند. نیروهای لاندن برای تشکیل نیازمند تماس مولکولها با یکدیگرند. هر چه سطح تماس مولکولها با هم بیشتر باشد، نیروهای لاندن نیز قویتر خواهند بود. شکلهای مسطح به مولکولها اجازه میدهند که سطح تماس خوبی داشته باشند و در نتیجه لاندن خوبی برقرار کنند. شکلهای کروی سطح تماس کمی دارند و منجر به نیروهای لاندن ضعیفتر میشوند. به عنوان مثال BF3 و CF4 هر دو غیرقطبی هستند و CF4 بزرگتر از BF3 است. با این وجود به دلیل شکل مسطح BF3 در مقایسه با شکل کروی CF4 دمای جوش BF3 بیشتر از CF4 است.
پیوندی است که بین یک اتم هیدروژن با بار جزئی مثبت بزرگ (بعلت اتصال به اتمهای الکترونگاتیوی مثل فلوئور، اکسیژن و نیتروژن یا اتصال به گروه های الکترونگاتیوی مثل –CF3 و –CCl3 ) و یک اتم کوچک حاوی جفت الکترون غیرپیوندی با بار جزئی منفی بزرگ (که معمولا فلوئور، اکسیژن و نیتروژن در این شرایط صدق می کنند) تشکیل میشود. معمولا پیوند هیدروژنی را با نقطه چین بین اتم هیدروژن و اتم دیگر تشکیل دهنده پیوند هیدروژنی نمایش می دهیم. بعنوان مثال در مواد HF ، H2O و NH3 پیوند هیدروژنی بین مولکولها داریم.
معمولا با افزایش بار جزئی مثبت روی هیدروژن و بار جزئی منفی روی اتم دیگر پیوند هیدروژنی قویتر میشود.
پیوند هیدروژنی ضعیفتر از پیوند یونی و کووالانسی اما معمولا قویتر از دیگر پیوندها مثل قطبی و لاندن است. بنابراین ترکیبات با قابلیت تشکیل پیوند هیدروژنی از ترکیبات قطبی و غیرقطبی بدون این قابلیت معمولاً دمای ذوب و جوش بیشتری دارند. بعنوان مثال در حالیکه در ترکیبات دو تایی عناصر گروه چهار اصلی با هیدروژن یعنی CH4, SiH4, GeH4, SnH4, PbH4 از CH4 به PbH4 بعلت افزایش اندازه و قدرت نیروهای بین مولکولی لاندن دمای جوش افزایش می یابد، در ترکیبات دو تایی عناصر گروه پنجم اصلی با هیدروژن یعنیNH3, PH3, AsH3, SbH3 از PH3 به SbH3 دمای جوش بعلت افزایش اندازه و قدرت نیروهای بین مولکولی لاندن افزایش می یابد، اما دمای جوش NH3 که می تواند پیوند هیدروژنی بدهد از PH3 با وجود آنکه اندازه بزرگتری دارد اما پیوند هیدروژنی ندارد بیشتر است. روند مشابهی برای دمای جوش ترکیبات دو تایی عناصر گروه ششم و هفتم اصلی با هیدروژن مشاهده می شود.
زاویهی ایدهآل برای پیوند هیدروژنی و پیوند کووالانسی حول اتم هیدروژن برابر 180 درجه است ( دقت داشته باشید که در اینجا حول اتم هیدروژن می توانیم آرایش AB2 در نظر بگیریم). بهمین جهت مواد حاوی پیوند هیدروژنی ساختارهایی با ویژگیهای بخصوصی اتخاذ می کنند که این زاویه را داشته باشند. بعنوان مثال در یخ هر مولکول آب با چهار مولکول آب دیگر پیوند هیدروژنی میدهد و به منظور ایجاد زاویهی ایدهآل 180 درجه یخ مجبور است ساختاری پرحفره یا باز داشته باشد. هنگامیکه یخ آب میشود برخی از پیوندهای هیدروژنی شکسته میشوند و حفرههای ساختار باز شروع به پر شدن میکنند. به همین جهت چگالی آب از یخ بیشتر است. برای آب از صفر درجهی سانتیگراد تا حدود 4 درجهی سانتیگراد با افزایش دما پیوندهای هیدروژنی بیشتری میشکنند و حفرهها بیشتر پر میشوند. در نتیجه چگالی آب از صفر درجهی سانتیگراد تا حدود چهار درجهی سانتیگراد افزایش مییابد. از چهار درجهی سانتیگراد به بالا با افزایش دما به علت افزایش جنب و جوشهای مولکولی و دورتر شدن مولکولها از هم حجم زیادتر میشوند و چگالی کاهش مییابد.
در تعیین دمای جوش هم قدرت پیوند هیدروژنی و هم تعداد پیوند هیدروژنی حائز اهمیت است. بعنوان مثال با وجود قویتر بودن پیوند هیدروژنی در HF دمای جوش H2O بعلت تعداد پیوند بیشتر بالاتر است.
مقایسه قدرت پیوندهای مختلف در مقایسه خواص مواد مختلف حاوی این پیوندها مفید واقع میشود. بطور کلی پیوندهای یونی، کووالانسی و فلزی قویتر از دیگر پیوندها هستند. برای مابقی پیوندها ترتیب از قویترین به ضعیفترین معمولا بصورت یونـقطبی، لاندن مولکولهای بزرگ، هیدروژنی، قطبیـقطبی، یونـقطبی لحظهای، قطبیـقطبی لحظهای و لاندن مولکولهای کوچک است.