قوى التجاذب - الكيمياء2-2 - ثاني ثانوي

1-2 الأهداف تصف القوى الجزيئية. قوى التجاذب Forces of Attraction www.jen.edu.sa الفكرة الرئيسة تحدد القوى بين الجزيئات . ومنها قوى التشتت، والقوى الثنائية تقارن بين القوى الموجودة بين القطبية، والروابط الهيدروجينية - حالة المادة عند درجة حرارة معينة. الجزيئات. مراجعة المفردات الربط مع الحياة تعلم أن الماء من المواد النادرة التي توجد في صورة صلب أو سائل أو غاز في الظروف العادية وهذه الخاصية الفريدة - بالإضافة إلى الخصائص الأخرى التي التساهمية القطبية : رابطة تتكون أودعها الخالق عز وجل فيه ـ تجعله منبع هذه الحياة . عندما يكون التشارك بالإلكترونات القوى بين الجزيئات Intermolecular Forces غير متساو. المفردات الجديدة قوى التشتت القوى الثنائية القطبية الرابطة الهيدروجينية لو كان الجسيمات المادة جميعها عند درجة حرارة الغرفة متوسط الطاقة الحركية نفسه، فما سبب وجود مواد غازية وأخرى صلبة أو سائلة؟ تكمن الإجابة عن هذا التساؤل في قوى التجاذب في الجسيمات نفسها، وفيما بينها. وتسمى قوى التجاذب التي تربط بين جسيمات المادة بروابط أيونية وتساهمية وفلزية بقوى الترابط الجزيئية (intramolecular forces). ويعني المقطع intra "داخل"، بينما يعني المقطع molecular "جزيئية"، ويقصد بالجزيئية الذرات والأيونات والجزيئات. ويلخص الجدول 2-1 ما قرأته سابقا عن قوى الترابط الجزيئية. لا تمثل قوى الترابط الجزيئية كافة قوى التجاذب بين الجسيمات، بل هناك قوى تجاذب أخرى تسمى القوى بين الجزيئات ( intermolecular forces)، وهي قوى بينية تربط بين جسيمات متشابهة، مثل تلك التي بين جزيئات الماء، أو بين جسيمات مختلفة مثل ذرات الكربون في الجرافيت وجسيمات السليلوز في الورق. سنناقش في هذا الدرس ثلاثة أنواع من القوى بين الجزيئات هي قوى التشتت والثنائية القطبية، والروابط الهيدروجينية. وعلى الرغم من اختلاف هذه القوى في قوتها بعضها عن بعض، إلا أن القوى بين الجزيئات كلها أضعف من قوى الترابط داخل الجزيئات. 264 الجدول 2-1 نوع الرابطة المقارنة بين قوى التجاذب داخل الجزيئات النموذج أسس التجاذب مثال الأيونية الشحنات السالبة والموجبة NaCl التساهمية النواة الموجبة والإلكترونات المشتركة. Hz الأيونات الفلزية الموجبة والإلكترونات الفلزية المتحركة. وزارة التعليم Ministry of Education 2023-1445

δ δ 8 تجاذب ثنائية قطبية مؤقتة ثنائية قطبية مؤقتة الشكل 9-1 تتنافر السحب الإلكترونية عند اقتراب جزيئين أحدهما من الآخر، مكونة ثنائية قطبية مؤقتة حيث تمثل إشارة 8 منطقة الشحنة الجزئية على الجزيء. فسر ماذا تمثل إشارتا 8 + وة - الموجودتان على الثنائية القطبية المؤقتة ؟ قوى التشتت تذكر أن جزيئات الأكسجين غير قطبية؛ لأن إلكتروناتها موزعة بالتساوي بين ذرتي أكسجين ذات الكهروسالبية المتساوية. ويمكن ضغط جزيئات الأكسجين وتحويلها إلى سائل تحت الظروف المناسبة، وحتى يتكاثف الأكسجين لا بد من قوى تجاذب بين جزيئاته. تسمى قوة الترابط بين جزيئات الأكسجين قوى التشتت وهي قوى تجاذب ضعيفة تنشأ بين الجزيئات غير القطبية، وتنتج هذه القوى الضعيفة عن إزاحة مؤقتة في كثافة الإلكترونات في السحب الإلكترونية، وتعرف قوى التشتت أحيانًا بقوى (لندن)؛ نسبة إلى الفيزيائي الألماني الأمريكي فريتز لندن الذي كان أول من وصف هذه القوى. تذكر أيضًا أن حركة الإلكترونات دائمة داخل السحب الإلكترونية. وعندما يقترب جزيئان أحدهما من الآخر ـ ولا سيما عند تصادمهما ـ فإن السحب الإلكترونية لأحدهما تتنافر مع السحب الإلكترونية للجزيء الآخر ، فتصبح كثافة الإلكترونات حول كـل نـــواة ـ ولو لحظـــة ـ لكل سحابة إلكترونية أكبر في جهة عن الأخرى، فيشكل كل جزيء ثنائية قطبية مؤقتة. وعند اقتراب ثنائيات الأقطاب المؤقتة بعضها من بعض تنشأ قوى تشتت ضعيفة بين مناطق الشحنات المختلفة لثنائية الأقطاب، كما هو موضح في الشكل 9-1. ماذا قرأت؟ فسر سبب تكون قوى التشتت تنشأ قوى التشتت بين الجسيمات كافة، ولكنها قوى ضعيفة بالنسبة إلى الجسيمات الصغيرة، ويزداد تأثيرها مع ازدياد عدد الإلكترونات. لذلك كلّما زاد حجم الجسيم تصبح قوى التشتت أكثر قوة، وبالتالي فإن قوى التشتت بين جزيئات اليود أقوى من قوى التشتت بين جزيئات البروم في مجموعة الهالوجينات. وزارة التعليم Min Education 2073-1445

6- 8- 8- ....... 6- &- الشكل 10-1 توجه الجزيئات القطبية المجاورة نفسها، بحيث تصطف الشحنات المتعاكسة معا. حدد أنواع القوى الممثلة في الشكل. وهذا الفرق في قوى التشتت يفسر سبب وجود كل من الفلور والكلور في الحالة الغازية، والبروم سائلاً ، واليود صلبًا عند درجة حرارة الغرفة . ماذا قرأت؟ استنتج الحالة الفيزيائية لعنصر الأستاتين (AL) عند درجة حرارة الغرفة، مبينا سبب ذلك. قوى ثنائية القطبية تحتوي الجزيئات القطبية على ثنائية قطبية دائمة، أي أن بعض المناطق في الجزيء القطبي تكون دائما سالبة جزئيا، وبعضها الآخر يكون موجبا جزئيا، مما يخلق تجاذبًا بين هاتين المنطقتين المختلفتي الشحنة، وهذا ما يسمى ثنائية القطبية . أما الجزيئات القطبية المجاورة فتوجه نفسها، بحيث تصطف الشحنات المتعاكسة معا . عندما تقترب جزيئات غاز كلوريد الهيدروجين بعضها من بعض تنجذب ذرة الهيدروجين الموجبة جزئيا في الجزيء نحو ذرة الكلور في جزيء آخر، والتي تكون سالبة جزئيا. يوضح الشكل 100-1 تجاذبات متعددة بين جزيئات كلوريد الهيدروجين؛ لأن ثنائية القطبية دائمة في هذا الجزيء القطبي، فمن المتوقع أن تكون القوى الثنائية القطبية أقوى من قوى التشتت ويمكن أن يكون هذا التوقع صحيحًا في الجزيئات القطبية الصغيرة؛ إذ إن لها ثنائية قطبية كبيرة. ومع ذلك فالكثير من الجزيئات القطبية - ومنها جزيئات كلوريد الهيدروجين HCI الموضحة في الشكل 10- 1 - تبقى قوى التشتت فيها أكبر من القوى الثنائية القطبية. ماذا قرأت؟ قارن بين القوى الثنائية القطبية وقوى التشتت الروابط الهيدروجينية نوع خاص من القوى الثنائية القطبية، وتحدث بين الجزيئات التي تحتوي على ذرة هيدروجين مرتبطة مع ذرة صغيرة ذات كهروسالبية كبيرة تحتوي على الأقل على زوج واحد من الإلكترونات غير الرابطة. وزارة التعليم Ministry of Education 2073-1445 266

H H H H رابطة هيدروجينية .... رابطة هيدروجينية .... وتتغلب عادة الروابط الهيدروجينية على كل من قوى التشتت والقوى الثنائية القطبية، ولكي تتكوّن الرابطة الهيدروجينية لا بد للهيدروجين أن يرتبط إما مع ذرة فلور أو أكسجين أو نيتروجين؛ حيث تكون كهروسالبية هذه الذرات كافية لجعل ذرة الهيدروجين ذات شحنة جزئية موجبة، وتكون هذه الذرات في الوقت نفسه صغيرة بقدر كاف يسمح لأزواج الإلكترونات غير الرابطة فيها بالاقتراب من ذرات الهيدروجين. فعلى سبيل المثال، لذرات الهيدروجين في جزيء الماء شحنة جزئية موجبة كبيرة ، ولذرة الأكسجين شحنة جزئية سالبة كبيرة، وعند اقتراب جزيئات الماء تنجذب ذرة الهيدروجين في الجزيء نحو زوج الإلكترونات غير الرابط مع ذرة أكسجين في جزيء آخر، كما هو موضح في الشكل 11-1. تفسر الرابطة الهيدروجينية سبب وجود الماء في الحالة السائلة عند درجة حرارة الغرفة، بينما تكون المركبات المشابهة للماء في كتلتها المولية في الحالة الغازية. انظر إلى البيانات الواردة في الجدول 3-1 من السهل تفسير الفرق بين الماء والميثان؛ فجزيئات الميثان غير قطبية، والقوى الوحيدة التي تربط بين جزيئاتها هي قوى الجدول 3-1 خواص بعض المركبات الجزيئية الكتلة المولية المركب الشكل الفراغي (g/mol) درجة الغليان (C) الماء (0) الميثان (CH) الأمونيا (NH) 100 18.0 -164 16.0 -33.4 17.0 الشكل 11-1 الروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء أقوى من تجاذب الثنائية القطبية؛ وذلك لأن الرابطة بين الهيدروجين والأكسجين ذات قطبية كبيرة. وزارة التعليم Mini Education 7073-1445

التشتت الضعيفة. أما الفرق بين الماء والأمونيا فغير واضح ؛ حيث يمكن الجزيئات هذين المركبين تكوين روابط هيدروجينية، ولأن الأمونيا تكون غازا عند درجة حرارة الغرفة فذلك يدل على أن قوى الترابط بين جزيئات الأمونيا ليست قوية. ولأن ذرات الأكسجين أكثر كهروسالبية من ذرات النيتروجين فإن الرابطة بين - في جزيء الماء أكثر قطبية من الرابطة بين NH في الأمونيا. ونتيجة لذلك فإن الروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء أكثر قوة من الروابط الهيدروجينية بين جزيئات الأمونيا. التقويم 2-1 الخلاصة قوى الترابط داخل الجزيئات أقوى من 15. قارن بين القوى بين الجزيئات والقوى الجزيئية. القوى بين الجزيئات. 14. الفكرة الرئيسة فسر ما الذي يحدّد حالة المادة عند درجة حرارة معينة؟ 16. قوم أي الجزيئات الآتية يستطيع تكوين روابط هيدروجينية، وأيها يحتوي قوى التشتت قوى بين الجزيئات غير على قوى التشتت فقط بوصفها قوى بين الجزيئات؟ فسر إجابتك. القطبية تحدث بين أقطاب مؤقتة. تحدث قوى ثنائية القطبية بين الجزيئات القطبية. H₂S .b H₂ .a HCl.c HF .d 17. تفسير البيانات هناك أربع روابط تساهمية أحادية في جزيء الميثان CH، بينما يوجد 25 رابطة تساهمية أحادية في جزيء الأوكتان CH. كيف يؤثر عدد الروابط في قوى التشتت في كلا المركبين؟ وأي المركبين يكون في الحالة الغازية عند درجة حرارة الغرفة، وأيهما في الحالة السائلة؟ 268 وزارة التعليم Ministry of Education 2073-1445