هل تساءلت يومًا عن سبب كون المركبات الأيونية طاردة للحرارة؟ الجواب السريع هو أن النتيجة مركب أيوني أكثر استقرارًا من الأيونات التي تكونتها. يتم إطلاق الطاقة الإضافية من الأيونات كحرارة عندما الرابطة الأيونية شكل. عندما يكون أكثر الحرارة يتم تحريره من رد فعل مما هو مطلوب لحدوثه ، رد الفعل طارد للحرارة.
افهم طاقة الترابط الأيوني
تتكون الروابط الأيونية بين ذرتين مع a اختلاف كبير في الكهروسالبية بينهما. عادةً ما يكون هذا تفاعلًا بين المعادن واللافلزات. تكون الذرات شديدة التفاعل لأنها لا تحتوي على قذائف إلكترونية كاملة التكافؤ. في هذا النوع من الروابط ، يتم التبرع بإلكترون من ذرة واحدة إلى الذرة الأخرى لملء غلافها الإلكتروني التكافؤ. تصبح الذرة التي "تفقد" إلكترونها في الرابطة أكثر ثباتًا لأن التبرع بالإلكترون ينتج عنه غلاف تكافؤ مملوء أو نصف مملوء. إن عدم الاستقرار الأولي كبير جدًا بالنسبة للمعادن القلوية والأرض القلوية التي تتطلب القليل من الطاقة لإزالة الإلكترون الخارجي (أو 2 ، للأرض القلوية) لتكوين الكاتيونات. من ناحية أخرى ، تقبل الهالوجينات الإلكترونات بسهولة لتشكيل الأنيونات. في حين أن الأنيونات أكثر استقرارًا من الذرات ، إلا أنه من الأفضل أن يتحد نوعا العناصر لحل مشكلة طاقتهما. هذا هو المكان
أيوني يحدث الترابط.لفهم ما يحدث حقًا ، ضع في اعتبارك تكوين كلوريد الصوديوم (ملح الطعام) من الصوديوم والكلور. إذا كنت تتناول معدن الصوديوم وغاز الكلور ، يتشكل الملح في تفاعل طارد للحرارة بشكل مذهل (كما في ، لا تحاول ذلك في المنزل). ال معادلة كيميائية أيونية متوازنة يكون:
2 Na (s) + Cl2 (ز) → 2 كلوريد الصوديوم
يوجد كلوريد الصوديوم كشبكة بلورية من أيونات الصوديوم والكلور ، حيث يملأ الإلكترون الإضافي من ذرة الصوديوم في "الحفرة" اللازمة لإكمال غلاف الإلكترون الخارجي لذرة الكلور. الآن ، تحتوي كل ذرة على ثمانٍ كامل من الإلكترونات. من وجهة نظر الطاقة ، هذا تكوين مستقر للغاية. عند فحص رد الفعل عن كثب ، قد تشعر بالارتباك بسبب:
فقدان الإلكترون من عنصر دائمًا ماص للحرارة (لأن الطاقة ضرورية لإزالة الإلكترون من الذرة.
Na → Na+ + 1 هـ- ΔH = 496 كيلوجول / مول
في حين أن كسب الإلكترون بواسطة اللافلزية عادة ما يكون طارد للحرارة (يتم إطلاق الطاقة عندما يكتسب اللافلز ثماني وحدات كاملة).
Cl + 1 هـ- → Cl- ΔH = -349 كيلوجول / مول
لذا ، إذا قمت ببساطة بإجراء العمليات الحسابية ، يمكنك أن ترى تشكيل NaCl من الصوديوم والكلور يتطلب في الواقع إضافة 147 كيلوجول / مول من أجل تحويل الذرات إلى أيونات تفاعلية. ومع ذلك نعلم من مراقبة التفاعل أن الطاقة الصافية تنطلق. ماذا يحدث؟
الجواب هو أن الطاقة الإضافية التي تجعل التفاعل طارد للحرارة هي طاقة الشبكة. يؤدي الاختلاف في الشحنة الكهربائية بين أيونات الصوديوم والكلور إلى جذبها لبعضها البعض والتحرك تجاه بعضها البعض. في النهاية ، تشكل الأيونات ذات الشحنة المعاكسة رابطة أيونية مع بعضها البعض. الترتيب الأكثر استقرارًا لجميع الأيونات هو شبكة بلورية. لكسر شبكة كلوريد الصوديوم (طاقة الشبكة) تتطلب 788 كيلوجول / مول:
NaCl (ق) → Na+ + Cl- ΔHبنية = +788 كيلوجول / مول
يؤدي تشكيل الشبكة إلى عكس العلامة على المحتوى الحراري ، لذا ΔH = -788 كيلوجول لكل مول. لذلك ، على الرغم من أن الأمر يستغرق 147 كيلوجول / مول لتشكيل الأيونات ، أكثر بكثير يتم تحرير الطاقة عن طريق تشكيل شعرية. صافي تغير المحتوى الحراري هو -641 كيلوجول / مول. وبالتالي ، فإن تكوين الرابطة الأيونية هو طارد للحرارة. تشرح طاقة الشبكة أيضًا لماذا تميل المركبات الأيونية إلى الحصول على نقاط انصهار عالية جدًا.
تشكل الأيونات متعددة الذرات الروابط بنفس الطريقة تقريبًا. الفرق هو أنك تفكر في مجموعة الذرات التي تشكل هذه الموجبة والأنيون بدلاً من كل ذرة فردية.