მოლეკულათშორისი ბმების შესახებ კითხვების მაგალითები და განხილვა
მოლეკულათშორისი ბმა ქიმიაში უმნიშვნელოვანესი თემაა, განსაკუთრებით ნივთიერებათა ფიზიკური და ქიმიური თვისებების გასაგებად. მოლეკულათშორისი ბმა მოიცავს ლონდონის დისპერსიულ ძალებს, დიპოლ-დიპოლს და წყალბადურ ბმებს. ამ ბმების თითოეული ტიპისა და მათი ურთიერთქმედების საფუძვლიანი გაგება გადამწყვეტია ნივთიერებათა ქცევის პროგნოზირებისთვის სხვადასხვა პირობებში. ეს სტატია განიხილავს რამდენიმე მაგალით პრობლემას და მათ გადაწყვეტილებებს, რათა დაეხმაროს ამ კონცეფციის გარკვევაში.
1. ლონდონის სტილი (დისპერსიული ძალები)
ლონდონის ძალები ვან დერ ვაალის ძალების ყველაზე სუსტი ტიპია. ისინი წარმოიქმნება დროებით დიპოლებს შორის ურთიერთქმედებიდან, რომლებიც წარმოიქმნება მაშინ, როდესაც ელექტრონების განაწილება მოლეკულის ელექტრონულ ღრუბელში დროებით არათანაბარი ხდება.
მაგალითი კითხვა 1:
კითხვა:
ორ არაპოლარულ მოლეკულას, ვთქვათ He-ს და Ne-ს, ორივეს შორის ლონდონის ძალები მოქმედებს. იმის გათვალისწინებით, რომ Ne უფრო დიდია, ვიდრე He, ახსენით, რომელ მათგანს აქვს უფრო ძლიერი ლონდონის ძალები და რატომ?
დისკუსია:
ლონდონის ძალები უფრო მნიშვნელოვანი ხდება მოლეკულაში ელექტრონების რაოდენობის ზრდასთან ერთად, რადგან ეს ზრდის პოლარიზაციას. ნეონს (Ne) მეტი ელექტრონი (10) აქვს, ვიდრე ჰელიუმს (He), რომელსაც მხოლოდ 2 ელექტრონი აქვს. ამიტომ, Ne მოლეკულებს უფრო დიდი ელექტრონული ღრუბელი აქვთ და უფრო ადვილად პოლარიზდებიან, ვიდრე He. შედეგად, Ne მოლეკულებს შორის ლონდონის ძალები უფრო ძლიერი იქნება, ვიდრე He მოლეკულებს შორის.
2. დიპოლ-დიპოლური ძალა
დიპოლ-დიპოლური ძალები წარმოიქმნება პოლარულ მოლეკულებს შორის, სადაც ერთი მოლეკულის ნაწილობრივი დადებითი მუხტი ურთიერთქმედებს მეორის ნაწილობრივ უარყოფით მუხტთან.
მაგალითი კითხვა 2:
კითხვა:
ორ პოლარულ მოლეკულას, HCl-სა და HF-ს, აქვთ დიპოლ-დიპოლური ძალები. HCl-სა და HF-ს შორის, რომელს აქვს უფრო ძლიერი დიპოლ-დიპოლური ძალები და რატომ?
დისკუსია:
HF მოლეკულებს უფრო ძლიერი დიპოლ-დიპოლური ძალები აქვთ, ვიდრე HCl-ს. ეს იმიტომ ხდება, რომ ფტორის (F) ელექტროუარყოფითობა ძალიან მაღალია და H-სა და F-ს შორის ელექტროუარყოფითობის სხვაობა უფრო დიდია, ვიდრე H-სა და Cl-ს შორის. ეს ქმნის უფრო ძლიერ დიპოლს HF მოლეკულაში, ვიდრე HCl-ში. ამიტომ, HF მოლეკულებს შორის დიპოლ-დიპოლური ძალები უფრო ძლიერია, ვიდრე HCl-ს შორის.
3. წყალბადის ბმები
წყალბადური ბმა დიპოლ-დიპოლური ძალის განსაკუთრებული ტიპია და წარმოიქმნება მაშინ, როდესაც წყალბადის ატომი, რომელიც კოვალენტურად არის დაკავშირებული მაღალ ელექტროუარყოფით ატომთან (მაგალითად, F, O ან N), ურთიერთქმედებს სხვა მაღალ ელექტროუარყოფით ატომზე არსებულ ელექტრონების მარტოხელა წყვილთან.
მაგალითი კითხვა 3:
კითხვა:
განვიხილოთ შემდეგი სამი ნივთიერება: წყალი (H₂O), მეთანოლი (CH₃OH) და ეთანოლი (C₂H₅OH). დაადგინეთ, რომელ მათგანს აქვს ყველაზე ძლიერი წყალბადური ბმა და რატომ?
დისკუსია:
ყველა ნახსენებ ნივთიერებას შეუძლია წყალბადური ბმების წარმოქმნა, რადგან მათ აქვთ –OH ჯგუფები. თუმცა, წყალბადური ბმის სიძლიერე დამოკიდებულია არა მხოლოდ –OH ჯგუფის არსებობაზე, არამედ წყალბადური ბმების წარმოქმნის უნარის მქონე ადგილების რაოდენობასა და მდებარეობაზე.
– წყალს (H₂O) შეუძლია ოთხი წყალბადური ბმის წარმოქმნა (ორი დონორის სახით H ატომის მეშვეობით და ორი აქცეპტორის სახით O-ზე არსებული მარტოხელა ელექტრონული წყვილის მეშვეობით).
– მეთანოლს (CH₃OH) და ეთანოლს (C₂H₅OH) შეუძლიათ ორი წყალბადური ბმის წარმოქმნა (ერთი დონორის სახით H-ის მეშვეობით და მეორე აქცეპტორის სახით O-ზე არსებული მარტოხელა წყვილის მეშვეობით).
ამგვარად, წყალს (H₂O) აქვს პოტენციალი, წარმოქმნას ყველაზე მეტი წყალბადური ბმა და შესაბამისად, მას ყველაზე ძლიერი წყალბადური ბმები აქვს.
4. ლონდონის ძალისა და დიპოლ-დიპოლური ძალის კომბინაცია
გარკვეულ ნივთიერებებში შეიძლება მოხდეს ლონდონის და დიპოლ-დიპოლური ძალების კომბინაცია, რამაც შეიძლება წვლილი შეიტანოს მოლეკულათშორისი ურთიერთქმედების მთლიან სიძლიერეში.
მაგალითი კითხვა 4:
კითხვა:
შეადარეთ ქლოროფორმის (CHCl₃) და ნახშირბადის ტეტრაქლორიდის (CCl₄) დუღილის წერტილები და ახსენით ლონდონის და დიპოლ-დიპოლური ძალების როლი ამაში.
დისკუსია:
– ქლოროფორმი (CHCl₃) არის პოლარული მოლეკულა სრული დიპოლური მომენტით, რაც განპირობებულია H ატომებთან მიმართებაში ელექტრონების ასიმეტრიული განაწილებით.
– ნახშირბადის ტეტრაქლორიდი (CCl₄) არაპოლარული მოლეკულაა მისი სიმეტრიული ელექტრონული განაწილების გამო, მიუხედავად იმისა, რომ მას აქვს მაღალელექტრონული Cl ატომი.
CHCl₃-ში დიპოლ-დიპოლური ძალები ძლიერი იქნება მოლეკულის პოლარობის გამო, მაშინ როცა ლონდონის ძალები ორივე მოლეკულაში მნიშვნელოვანი იქნება, მიუხედავად იმისა, რომ CCl₄ ოდნავ უფრო დიდია და შესაძლოა უფრო პოლარიზებადი ელექტრონული ღრუბელი ჰქონდეს.
თუმცა, CHCl₃-ში ლონდონის ძალებისა და დიპოლ-დიპოლური ძალების კომბინაცია მას CCl₄-სთან შედარებით უფრო მაღალ დუღილის წერტილს აძლევს, მიუხედავად იმისა, რომ მათ მსგავსი მოლეკულური წონა აქვთ.
5. იონ-დიპოლური ურთიერთქმედებები
იონ-დიპოლური ურთიერთქმედებები მნიშვნელოვანია მარილების გახსნისას პოლარულ გამხსნელებში, როგორიცაა წყალი. ეს ნაწილი ხაზს უსვამს იონური მუხტისა და გამხსნელის მოლეკულის დიპოლებთან სიახლოვის მნიშვნელობას.
მაგალითი კითხვა 5:
კითხვა:
რატომ იხსნება წყალში ადვილად მარილები, როგორიცაა ნატრიუმის ქლორიდი (NaCl)?
დისკუსია:
ნატრიუმის ქლორიდი შედგება Na⁺ და Cl⁻ იონებისგან. წყალი (H₂O) პოლარული მოლეკულაა, რომელსაც ჟანგბადი ნაწილობრივი უარყოფითი მუხტით, ხოლო წყალბადი დადებითი მუხტით აქვს. როდესაც NaCl წყალში იხსნება, Na⁺ იონები ურთიერთქმედებენ წყლის მოლეკულის ჟანგბადის ბოლოსთან, ხოლო Cl⁻ იონები წყალბადის ბოლოსთან. ეს იონ-დიპოლური ურთიერთქმედებები საკმარისად ძლიერია NaCl კრისტალში იონური ძალების დასაძლევად, რაც მარილის დისოციაციისა და გახსნის საშუალებას იძლევა.
დახურვა
ნივთიერებების ფიზიკური და ქიმიური თვისებების პროგნოზირებისა და ახსნისთვის უმნიშვნელოვანესია მოლეკულათშორისი ბმების სხვადასხვა ტიპის გაგება, როგორიცაა ლონდონის ძალები, დიპოლ-დიპოლური ურთიერთქმედებები, წყალბადური ბმები და იონ-დიპოლური ურთიერთქმედებები. ამ სტატიაში წარმოდგენილი მაგალითები და განხილვები, იმედია, უფრო ნათელ სურათს შესთავაზებს და გაამყარებს მოლეკულათშორისი ბმების ძირითად კონცეფციებს. ეს ცოდნა აქტუალურია არა მხოლოდ თეორიულ მეცნიერებაში, არამედ პრაქტიკულ გამოყენებაშიც, როგორიცაა მასალათმცოდნეობა, ფარმაცევტიკა და გარემოსდაცვითი მეცნიერება.
