Саволҳои намунавӣ ва муҳокимаи пайвандҳои байнимолекулавӣ
Пайванди байнимолекулавӣ мавзӯи муҳим дар химия, бахусус дар фаҳмидани хосиятҳои физикӣ ва химиявии моддаҳо мебошад. Пайванди байнимолекулавӣ қувваҳои парокандагии Лондон, қувваҳои дипол-диполӣ ва пайвандҳои гидрогениро дар бар мегирад. Фаҳмиши пурраи ҳар яки ин намудҳои пайвандҳо ва тарзи таъсири мутақобилаи онҳо барои пешгӯии рафтори моддаҳо дар шароити гуногун муҳим аст. Дар ин мақола якчанд мисолҳои масъалаҳо ва роҳҳои ҳалли онҳо барои равшан кардани ин мафҳум баррасӣ карда мешаванд.
1. Услуби Лондон (Қувваҳои пароканда)
Қувваҳои Лондон заифтарин намуди қувваҳои ван дер Ваалс мебошанд. Онҳо аз таъсири мутақобилаи байни диполҳои муваққатӣ, ки ҳангоми нобаробар шудани тақсимоти электронҳо дар абрҳои электронии молекула ба вуҷуд меоянд, ба вуҷуд меоянд.
Намунаи саволи 1:
Савол:
Ду молекулаи ғайриқутбӣ, масалан, He ва Ne, дар байни худ қувваҳои Лондон доранд. Бо назардошти он, ки Ne аз He калонтар аст, шарҳ диҳед, ки кадоме аз онҳо қувваҳои Лондон қавитар аст ва чаро?
Муҳокима:
Қувваҳои Лондон бо афзоиши шумораи электронҳо дар молекула аҳамияти бештар пайдо мекунанд, зеро ин поляризатсияро зиёд мекунад. Неон (Ne) нисбат ба Гелий (He), ки танҳо 2 электрон дорад, электронҳои бештар (10) дорад. Аз ин рӯ, молекулаҳои Ne абри электронии калонтар доранд ва нисбат ба He ба осонӣ поляризатсия мешаванд. Дар натиҷа, қувваҳои Лондон байни молекулаҳои Ne нисбат ба байни молекулаҳои He қавитар хоҳанд буд.
2. Қувваи дипол-дипол
Қувваҳои дипол-дипол байни молекулаҳои қутбӣ ба вуҷуд меоянд, ки дар он ҷо заряди қисман мусбати як молекула бо заряди қисман манфии молекулаи дигар ҳамкорӣ мекунад.
Намунаи саволи 2:
Савол:
Ду молекулаи қутбӣ, HCl ва HF, қувваҳои дипол-диполӣ доранд. Байни HCl ва HF, кадоме аз онҳо қувваҳои дипол-диполӣ қавитар аст ва чаро?
Муҳокима:
Молекулаҳои HF нисбат ба HCl қувваҳои дипол-диполӣ қавитар доранд. Ин аз он сабаб аст, ки электроманфии фтор (F) хеле баланд аст ва фарқияти электроманфии байни H ва F нисбат ба фарқияти байни H ва Cl зиёдтар аст. Ин дар молекулаи HF нисбат ба HCl диполӣ қавитарро ба вуҷуд меорад. Аз ин рӯ, қувваҳои дипол-диполӣ байни молекулаҳои HF нисбат ба қувваҳои байни HCl қавитаранд.
3. Пайвандҳои гидрогенӣ
Пайванди гидрогенӣ як навъи махсуси қувваи дипол-диполӣ буда, вақте ба амал меояд, ки атоми гидроген, ки бо атоми хеле электронманфии худ (масалан, F, O ё N) ковалентӣ пайваст шудааст, бо як ҷуфт электронҳои танҳо дар атоми дигари хеле электронманфии худ ҳамкорӣ мекунад.
Намунаи саволи 3:
Савол:
Се моддаи зеринро баррасӣ кунед: об (H₂O), метанол (CH₃OH) ва этанол (C₂H₅OH). Муайян кунед, ки кадоме аз онҳо пайванди гидрогении қавитар дорад ва чаро?
Муҳокима:
Ҳамаи моддаҳои зикршуда метавонанд пайвандҳои гидрогенӣ ташкил кунанд, зеро онҳо гурӯҳҳои –OH доранд. Аммо, қувваи пайванди гидрогенӣ на танҳо аз мавҷудияти гурӯҳи –OH, балки аз шумора ва макони ҷойгиршавии онҳо низ вобаста аст.
– Об (H₂O) метавонад чор пайванди гидрогенӣ ташкил диҳад (дуто ҳамчун донор тавассути атоми H ва дуто ҳамчун аксептор тавассути ҷуфти электронии ягона дар O).
– Метанол (CH₃OH) ва этанол (C₂H₅OH) метавонанд ду пайванди гидрогенӣ ташкил кунанд (яке ҳамчун донор тавассути H ва дигаре ҳамчун аксептор тавассути ҷуфти ягона дар O).
Ҳамин тариқ, об (H₂O) қобилияти ташкил додани пайвандҳои гидрогении бештарро дорад ва аз ин рӯ, қавитарин пайвандҳои гидрогениро дорад.
4. Омезиши Қувваи Лондон ва Қувваи Дипол-Дипол
Дар баъзе моддаҳо, омезиши қувваҳои Лондон ва дипол-дипол метавонад ба вуҷуд ояд ва ба қувваи умумии таъсири мутақобилаи байнимолекулавӣ мусоидат кунад.
Намунаи саволи 4:
Савол:
Нуқтаҳои ҷӯшиши хлороформ (CHCl₃) ва тетрахлориди карбон (CCl₄)-ро муқоиса кунед ва нақши қувваҳои Лондон ва дипол-диполро дар ин кор шарҳ диҳед.
Муҳокима:
– Хлороформ (CHCl₃) як молекулаи қутбӣ бо моменти пурраи дипол аст, ки аз сабаби тақсимоти асимметрии электронҳо нисбат ба атомҳои H ба вуҷуд омадааст.
– Тетрахлориди карбон (CCl₄) молекулаи ғайриқутбӣ аст, зеро он тақсимоти электронии симметрӣ дорад, сарфи назар аз доштани атоми Cl2, ки дорои электронегативии хеле баланд аст.
Қувваҳои дипол-дипол дар CHCl₃ аз сабаби қутбияти молекула қавӣ хоҳанд буд, дар ҳоле ки қувваҳои Лондон дар ҳарду молекула назаррас хоҳанд буд, ҳарчанд CCl₄ каме калонтар аст ва метавонад абри электронии қутбшавандатар дошта бошад.
Аммо, омезиши қувваҳои Лондон ва қувваҳои дипол-дипол дар CHCl₃ онро нисбат ба CCl₄ нуқтаи ҷӯшиши баландтар мегардонад, ҳарчанд онҳо вазнҳои молекулавии қобили муқоиса доранд.
5. Таъсири мутақобилаи ион-диполӣ
Таъсири мутақобилаи ион-дипол дар ҳалшавии намакҳо дар ҳалкунандаҳои қутбӣ, ба монанди об, муҳим аст. Дар ин бахш аҳамияти заряди ион ва наздикии диполҳои молекулаи ҳалкунанда таъкид шудааст.
Намунаи саволи 5:
Савол:
Чаро намакҳо ба монанди хлориди натрий (NaCl) дар об ба осонӣ ҳал мешаванд?
Муҳокима:
Хлориди натрий аз ионҳои Na⁺ ва Cl⁻ иборат аст. Об (H₂O) як молекулаи қутбӣ бо заряди қисман манфӣ дар оксиген ва заряди мусбат дар гидроген мебошад. Вақте ки NaCl дар об ҳал мешавад, ионҳои Na⁺ бо нӯги оксигени молекулаи об ҳамкорӣ мекунанд, дар ҳоле ки ионҳои Cl⁻ бо нӯги гидроген ҳамкорӣ мекунанд. Ин таъсири мутақобилаи ион-дипол ба қадри кофӣ қавӣ аст, ки қувваҳои иониро дар кристалли NaCl бартараф кунад ва ба намак имкон диҳад, ки пароканда ва ҳал шавад.
Penutup
Фаҳмидани намудҳои гуногуни пайвандҳои байнимолекулавӣ, ба монанди қувваҳои Лондон, таъсири мутақобилаи дипол-диполӣ, пайвандҳои гидрогенӣ ва таъсири мутақобилаи ион-диполӣ, барои пешгӯӣ ва шарҳ додани хосиятҳои физикӣ ва химиявии моддаҳо муҳим аст. Умедворем, ки мисолҳо ва муҳокимаҳои дар ин мақола овардашуда тасвири равшантарро фароҳам меоранд ва мафҳумҳои асосии пайвандҳои байнимолекулавиро тақвият медиҳанд. Ин дониш на танҳо дар илми назариявӣ, балки дар татбиқҳои амалӣ, аз қабили муҳандисии мавод, дорусозӣ ва илми муҳити зист низ муҳим аст.
