Main menu

Pages

المركبات الأيونية باعثة للحرارة ماهو السبب؟

 

المركبات الأيونية باعثة للحرارة ماهو السبب؟   Ionic Compounds Is Exothermic



المركبات الأيونية باعثة للحرارة

بما انك مهتم بمجال الكيمياء هل تساءلت يومًا عن سبب ان تكوين المركبات الأيونية باعثة للحرارة؟ للأجابة سريعاً عن هذا السؤال كما يأتي : هي أن المركب الأيوني الناتج يكون أكثر استقرارًا من الأيونات التي تكون منها اي ايونات التي بدأ عندها التفاعل. حيث يتم إطلاق الطاقة الناتجه من الأيونات كحرارة عندما تبدأ عملية تشكل الروابط الأيونية. وعندما يتم إطلاق او انبعاث المزيد من الحرارة من التفاعل أكثر مما هو مطلوب لحدوثه ، يكون التفاعل باعثاً او طارداً للحرارة.

 

 

طاقة الرابطة الأيونية

تتشكل الروابط الأيونية بين ذرتين تمتلكان اختلاف كبير في السالبية الكهربائية او الكهروسالبية بين بعضهما البعض. عادةً ما يكون هذا تفاعل بين المعادن واللافلزات لكون الاختلاف في قيم السالبية الكهربائية بينهما كبير. وهذه الذرات شديدة التفاعل لأنها لا تحتوي على غلاف خارجي يحتوي على إلكترون تكافؤ كامل. في هذا النوع من الروابط ، يتم النقل بشكل أساسي بإلكترون من ذرة للذرة الأخرى لملء غلاف إلكترون التكافؤ بها. تصبح الذرة التي "تفقد" إلكترونها في الرابطة أكثر استقرارًا لأن التبرع بالإلكترون ينتج إما غلاف تكافؤ ممتلئ أو نصف ممتلئ. يعد عدم الاستقرار الأولي كبيرًا جدًا بالنسبة للمعادن القلوية والأتربة القلوية بحيث لا يتطلب الأمر سوى القليل من الطاقة لإزالة الإلكترون الخارجي (أو 2 ، للأتربة القلوية) لتكوين الكاتيونات. من ناحية أخرى ، تقبل الهالوجينات الإلكترونات بسهولة لتكوين الأنيونات. في حين أن الأنيونات أكثر استقرارًا من الذرات ، فمن الأفضل أن يجتمع نوعا العناصر معًا لحل مشكلة الطاقة الخاصة بهم ويصل كلاهما إلى حالة التشبع الأستقرار. وهنا بين هذه الأيونات  في هذا المكان يحدث فيه الترابط الأيوني.

 

لفهم ما يحدث بدقه اكثر ، نأخذ مثال سهل على هكذا تفاعل مثل : تكوين كلوريد الصوديوم (ملح الطعام) من الصوديوم والكلور. إذا قمت بعمل تفاعل بين معدن الصوديوم وغاز الكلور ، يتشكل الملح في تفاعل طارد للحرارة بشكل مذهل (يرجى الإنتباه ، لا تحاول تجربة ذلك في المنزل). المعادلة الكيميائية الأيونية المتوازنة للتفاعل هي:


 2 Na (s) + Cl2 (g) → 2 NaCl (s)

 

يوجد كلوريد الصوديوم كشبكة بلورية من أيونات الصوديوم والكلور ، حيث يملأ او ينتقل الإلكترون الإضافي من ذرة الصوديوم الغير مشبعة المكان الفارغ اللازم لإكمال الغلاف الخارجي غلاف التكافؤ لذرة الكلور الغير مشبعة. الآن ، كل ذرة لديها العدد اللازم من الإلكترونات. من ناحية الطاقة ، كل من الصوديوم والكلور امتلكا تكوين مستقر للغاية تم الوصول لحالة التشبع. عند فحص التفاعل عن كثب ، قد تشعر ببعض الحيره للأسباب التالية:

  دائمًا ما يكون فقدان الإلكترون من عنصر ما ماصًا للحرارة (لأن الطاقة مطلوبة لإزالة الإلكترون من الذرة).


 Na → Na+ + 1 e- ΔH = 496 kJ/mol


في حين أن كسب الإلكترون بواسطة اللافلزات يكون عادةً طاردًا للحرارة (يتم إطلاق الطاقة عندما يكسب اللافلز إلكترونات كاملة).

 

Cl + 1 e- → Cl- ΔH = -349 kJ/mol

 

لذا ، إذا قمت بإجراء العمليات الحسابية ، يمكنك أن ترى أن تكوين كلوريد الصوديوم من الصوديوم والكلور يتطلب بالفعل إضافة 147 كيلو جول / مول من أجل تحويل الذرات إلى أيونات تفاعلية. ومع ذلك ، نعلم من خلال مراقبة التفاعل أن صافي الطاقة يتم إطلاقه. ماذا يحدث؟

 

الجواب هو أن الطاقة الإضافية التي تجعل التفاعل باعثاً للحرارة هي طاقة الشبكة. يتسبب الاختلاف في الشحنة الكهربائية بين أيونات الصوديوم والكلور في انجذابها لبعضها البعض والتحرك نحو بعضها البعض. في النهاية ، تشكل الأيونات ذات الشحنة المعاكسة رابطة أيونية مع بعضها البعض. الترتيب الأكثر استقرارًا لجميع الأيونات هو شبكة بلورية. لكسر ترابط كلوريد الصوديوم (الطاقة الشبكية) يتطلب 788 كيلوجول / مول:

 

NaCl (s) → Na+ + Cl- ΔHlattice = +788 kJ/mol

 

يؤدي تشكيل الشبكة إلى عكس الإشارة الموجودة على الأنثالبي الحراري ، لذلك ΔH = -788 kJ لكل مول. لذلك ، على الرغم من أن تكوين الأيونات يتطلب 147 كيلو جول / مول ، إلا أنه يتم إطلاق المزيد من الطاقة عن طريق تكوين الشبكة. صافي التغير في المحتوى الحراري هو -641 كيلو جول / مول. وبالتالي ، فإن تكوين الرابطة الأيونية يكون طاردًا للحرارة. تفسر الطاقة الشبكية أيضًا سبب تميل المركبات الأيونية إلى امتلاكها على درجات انصهار عالية للغاية.

تشكل الأيونات متعددة الذرات الروابط بنفس الطريقة. الفرق هو أنك تفكر في مجموعة الذرات التي تشكل ذلك الكاتيون والأنيون بدلاً من كل ذرة فردية.

 

 

 

المصادر

1.       Galley, William C. (2004). "Exothermic Bond Breaking: A Persistent Misconception". Journal of Chemical Education. 81 (4): 523. Bibcode:2004JChEd..81..523G. doi:10.1021/ed081p523.

2.      Schmidt-Rohr, Klaus (2015). "Why Combustions Are Always Exothermic, Yielding About 418 kJ per Mole of O2". Journal of Chemical Education. 92 (12): 2094–2099. Bibcode:2015JChEd..92.2094S. doi:10.1021/acs.jchemed.5b00333.

3.      Weller, Mark; Overton, Tina; Rourke, Jonathan; Armstrong, Fraser (2014). Inorganic chemistry (Sixth ed.). Oxford: Oxford University Press. pp. 129–130. ISBN 978-0-19-964182-6.

4.     Rebelo, Luis P. N.; Canongia Lopes, José N.; Esperança, José M. S. S.; Filipe, Eduardo (2005-04-01). "On the Critical Temperature, Normal Boiling Point, and Vapor Pressure of Ionic Liquids". The Journal of Physical Chemistry B. 109 (13): 6040–6043. doi:10.1021/jp050430h. ISSN 1520-6106. PMID 16851662.


Comments

contents title