Молекул хоорондын холбооны жишээ асуултууд ба хэлэлцүүлэг
Молекул хоорондын холбоо нь химийн, ялангуяа бодисын физик болон химийн шинж чанарыг ойлгоход чухал сэдэв юм. Молекул хоорондын холбоонд Лондонгийн тархалтын хүч, дипол-диполын хүч, устөрөгчийн холбоо багтдаг. Эдгээр холбооны төрөл тус бүрийг болон тэдгээрийн харилцан үйлчлэлийг нарийвчлан ойлгох нь янз бүрийн нөхцөлд бодисын зан төлөвийг урьдчилан таамаглахад чухал үүрэгтэй. Энэ нийтлэлд энэхүү ойлголтыг тодруулахад туслах хэд хэдэн жишээ асуудал болон тэдгээрийн шийдлүүдийг авч үзэх болно.
1. Лондонгийн хэв маяг (Тархалтын хүч)
Лондонгийн хүч нь ван дер Ваальсын хүчний хамгийн сул төрөл юм. Эдгээр нь молекулын электрон үүл дэх электронуудын тархалт түр зуур жигд бус болоход үүсдэг түр зуурын диполуудын харилцан үйлчлэлээс үүсдэг.
Жишээ асуулт 1:
Асуулт:
Туйлшгүй хоёр молекул, тухайлбал He болон Ne хоёрын хооронд Лондонгийн хүч байдаг. Ne нь He-ээс том тул аль нь Лондонгийн хүч илүү хүчтэй болохыг тайлбарлах вэ, яагаад?
Хэлэлцүүлэг:
Молекул дахь электронуудын тоо нэмэгдэхийн хэрээр Лондонгийн хүч улам бүр чухал болж, туйлшрал нэмэгддэг. Неон (Ne) нь ердөө 2 электронтой Гели (He)-ээс илүү электронтой (10) юм. Тиймээс Ne молекулууд нь илүү том электрон үүлтэй бөгөөд He-ээс илүү амархан туйлширдаг. Үүний үр дүнд Ne молекулуудын хоорондох Лондонгийн хүч нь He молекулуудын хоорондохоос илүү хүчтэй байх болно.
2. Диполь-Диполын хүч
Нэг молекулын хэсэгчилсэн эерэг цэнэг нь нөгөө молекулын хэсэгчилсэн сөрөг цэнэгтэй харилцан үйлчлэлцдэг туйлын молекулуудын хооронд диполь-диполын хүч үүсдэг.
Жишээ асуулт 2:
Асуулт:
HCl ба HF гэсэн хоёр туйлт молекул нь дипол-диполын хүчтэй байдаг. HCl ба HF-ийн хооронд аль нь илүү хүчтэй дипол-диполын хүчтэй байдаг вэ, яагаад?
Хэлэлцүүлэг:
HF молекулууд нь HCl-ээс илүү хүчтэй дипол-диполын хүчтэй байдаг. Учир нь фторын (F) цахилгаан сөрөг чанар маш өндөр бөгөөд H ба F-ийн хоорондох цахилгаан сөрөг чанарын зөрүү нь H ба Cl-ийн хоорондох зөрүүнээс их байдаг. Энэ нь HF молекулд HCl-ээс илүү хүчтэй дипол үүсгэдэг. Тиймээс HF молекулуудын хоорондох дипол-диполын хүч нь HCl-ийн хоорондох хүчнээс илүү хүчтэй байдаг.
3. Устөрөгчийн холбоо
Устөрөгчийн холбоо нь дипол-диполын хүчний тусгай төрөл бөгөөд өндөр электрон сөрөг атомтай (F, O, эсвэл N гэх мэт) ковалентаар холбогдсон устөрөгчийн атом нь өөр өндөр электрон сөрөг атом дээрх ганц хос электронтой харилцан үйлчлэх үед үүсдэг.
Жишээ асуулт 3:
Асуулт:
Дараах гурван бодисыг авч үзье: ус (H₂O), метанол (CH₃OH), этанол (C₂H₅OH). Аль нь хамгийн хүчтэй устөрөгчийн холбоотой болохыг тодорхойл, яагаад?
Хэлэлцүүлэг:
Дээр дурдсан бүх бодисууд нь –OH бүлэгтэй тул устөрөгчийн холбоо үүсгэж чаддаг. Гэсэн хэдий ч устөрөгчийн холбооны бат бөх чанар нь зөвхөн –OH бүлгийн оршихуйгаас гадна устөрөгчийн холбоо үүсгэх чадвартай газруудын тоо, байршлаас хамаарна.
– Ус (H₂O) нь дөрвөн устөрөгчийн холбоо үүсгэж чаддаг (хоёр нь H атомаар дамжин донор болж, хоёр нь O дээрх цорын ганц электрон хосоор дамжин акцептор болж).
– Метанол (CH₃OH) ба этанол (C₂H₅OH) нь тус бүр хоёр устөрөгчийн холбоо үүсгэж чаддаг (нэг нь H-ээр дамжин донор, нөгөө нь O дээрх ганц хосоор дамжин акцептор болж).
Тиймээс ус (H₂O) нь хамгийн их устөрөгчийн холбоо үүсгэх чадвартай тул хамгийн хүчтэй устөрөгчийн холбоотой байдаг.
4. Лондонгийн хүч ба Дипол-Дипол хүчний хослол
Зарим бодисуудад Лондон ба дипол-дипол хүчний хослол үүсч, молекул хоорондын харилцан үйлчлэлийн нийт хүчийг бий болгодог.
Жишээ асуулт 4:
Асуулт:
Хлороформ (CHCl₃) ба нүүрстөрөгчийн тетрахлорид (CCl₄)-ийн буцлах цэгүүдийг харьцуулж, үүнд Лондон ба дипол-дипол хүчний үүргийг тайлбарлана уу.
Хэлэлцүүлэг:
– Хлороформ (CHCl₃) нь H атомуудтай харьцуулахад электронуудын тэгш бус тархалтаас шалтгаалан бүрэн диполын моменттой туйлт молекул юм.
– Нүүрстөрөгчийн тетрахлорид (CCl₄) нь өндөр электрон сөрөг Cl атомтай хэдий ч тэгш хэмтэй электрон тархалттай тул туйлшралгүй молекул юм.
CHCl₃ дахь дипол-диполын хүч нь молекулын туйлшралаас шалтгаалан хүчтэй байх бол CCl₄ нь арай том бөгөөд илүү туйлширдаг электрон үүлтэй байж болох ч Лондонгийн хүч хоёр молекулд мэдэгдэхүйц байх болно.
Гэсэн хэдий ч CHCl₃ дахь Лондонгийн хүч ба дипол-диполын хүчний хослол нь харьцуулж болох молекул жинтэй хэдий ч CCl₄-ээс өндөр буцалгах цэгтэй болгодог.
5. Ион-Дипол харилцан үйлчлэл
Ион-диполын харилцан үйлчлэл нь ус зэрэг туйлын уусгагч дахь давсыг уусгахад чухал үүрэгтэй. Энэ хэсэгт ионы цэнэг болон уусгагч молекулын диполуудтай ойр байхын ач холбогдлыг онцолсон болно.
Жишээ асуулт 5:
Асуулт:
Натрийн хлорид (NaCl) зэрэг давс яагаад усанд амархан уусдаг вэ?
Хэлэлцүүлэг:
Натрийн хлорид нь Na⁺ ба Cl⁻ ионоос бүрдэнэ. Ус (H₂O) нь хүчилтөрөгч дээр хэсэгчилсэн сөрөг цэнэгтэй, устөрөгч дээр эерэг цэнэгтэй туйлын молекул юм. NaCl усанд уусах үед Na⁺ ионууд нь усны молекулын хүчилтөрөгчийн төгсгөлтэй, харин Cl⁻ ионууд нь устөрөгчийн төгсгөлтэй харилцан үйлчилдэг. Эдгээр ион-диполын харилцан үйлчлэл нь NaCl талст дахь ионы хүчийг даван туулахад хангалттай хүчтэй бөгөөд давсыг задалж, уусгах боломжийг олгодог.
Хаах
Лондонгийн хүч, дипол-диполын харилцан үйлчлэл, устөрөгчийн холбоо, ион-диполын харилцан үйлчлэл гэх мэт молекул хоорондын холбооны янз бүрийн төрлийг ойлгох нь бодисын физик болон химийн шинж чанарыг урьдчилан таамаглах, тайлбарлахад чухал ач холбогдолтой юм. Энэ нийтлэлд үзүүлсэн жишээ, хэлэлцүүлэг нь илүү тодорхой дүр зургийг өгч, молекул хоорондын холбооны үндсэн ойлголтуудыг бататгах болно гэж найдаж байна. Энэхүү мэдлэг нь зөвхөн онолын шинжлэх ухаанд төдийгүй материалын инженерчлэл, эм зүй, байгаль орчны шинжлэх ухаан зэрэг практик хэрэглээнд хамааралтай юм.
