خواص فیزیکی هالوژن ها (2)
خواص فیزیکی هالوژن ها (2)
در ادامه خصوصیات اتمی و فیزیکی هالوژن ها به بحث دمای ذوب و جوش و آنتالپی پیوند می پردازیم.
تغییرات دمای ذوب و جوش:
در شکل زیر، دمای ذوب و جوش هالوژن ها را می بینیم:
می بینید که با پایین رفتن در گروه 7 دمای ذوب و جوش افزایش پیدا می کند. اگر به نمودار دقت کنید، می بینید که در دمای اتاق، فلوئور و کلر گازی اند، برم به صورت مایع و ید به صورت جامد است. پس مقادیر دمای ذوب و جوش آن چنان غیر طبیعی نیست.
توصیف تغییرات دمای ذوب و جوش:
تمام هالوژن ها به شکل مولکول های دو اتمی مثل F2 و غیره وجود دارند.
جاذبه درون مولکولی بین یک مولکول و همسایه اش، نیروی واندروالسی است.
وقتی مولکولی بزرگ تر می شود، الکترون های بیش تری وجود دارند که می توانند دور آن ها بچرخند و دو قطبی های موقتی می سازند که باعث به وجود آمدن جاذبه واندروالسی بین مولکول های هالوژن ها می شوند.
آنتالپی پیوند (انرژی پیوند یا قدرت پیوند):
گرمای لازم برای شکستن یک مول از پیوند کوالانسی برای تولید اتم های مجزا، آنتالپی پیوند نامیده می شود؛ این فرایند از ماده اصلی که در حالت گازی است، شروع شده و با اتم های گازی پایان می یابد.
پس برای کلر (Cl2)، آنتالپی پیوند، انرژی گرمایی لازم برای انجام دادن این تغییر در هر مول پیوند خواهد بود:
در مورد برم، واکنش از مولکول های گازی برم شروع می شود تا به اتم های گازی تجزیه شود:
در یک پیوند کوالانسی، جفت پیوندی، جذب هر دو هسته واقع در دو طرف پیوند می شود. این نوع جاذبه، مولکول ها را در کنار هم نگه می دارد. اندازه جاذبه به فاصله جفت پیوندی از هر دو هسته بستگی دارد.
در تمام هالوژن ها جفت پیوندی بار خالص +7 را از هر دو انتهای پیوند احساس می کند، بار روی هسته توسط الکترون های داخلی خنثی می شود.
هر چه اتم ها بزرگ تر می شوند، جفت پیوندی از هسته دورتر می شود؛ برای همین قدرت پیوند کاهش پیدا می کند.
پس ... آیا آنتالپی پیوند واقعی در توافق با مقادیر پیش بینی شده است؟
آنتالپی پیوند در Cl-Cl، Br-Br و I-I همان گونه که انتظار می رود، کاهش پیدا می کند؛ اما پیوند F-F خارج ار انتظار است!
به دلیل این که اتم های فلوئور بسیار کوچک هستند، انتظار می رود پیوند بسیار قوی داشته باشند، اما چنین نیست؛ در واقع این پیوند به طور محسوسی ضعیف است.
همان طور که جفت الکترون های پیوندی بین دو اتم وجود دارند، هر اتم 3 جفت الکترون غیر پیوندی در تراز بیرونی دارد (جفت های تنها). وقتی پیوند بسیار کوتاه می شود (مثل مورد F-F) جفت تنها روی دو اتم موجود در پیوند، به حدی نزدیک هم می شوند که یک مقدار دافعه محسوس ایجاد می شود.
در فلوئور، این دافعه آن قدر بزرگ است که مقدار زیادی از جاذبه بین جفت پیوندی و دو هسته را خنثی کند. این اثر باعث ضعیف شدن پیوند می شود.
وقتی اتم هالوژنی به یک اتم هیدروژن اتصال پیدا می کند، این اثر اتفاق نمی افتد؛ چون اتم هیدروژن، جفت تنها ندارد!!!
وقتی اتم های هالوژن بزرگ تر می شوند، جفت های پیوندی بیش تر و بیش تر از هسته دورتر می شوند. جاذبه کم تر می شود و پیوندها ضعیف تر می شوند؛ دقیقا مثل نمودار بالا.