شاه کلید نکات
شاه کلید سوال
نیروهای بین مولکولی آب، فراتر از انتظار
نیروهای بین مولکولی در تعیین حالت فیزیکی و خواص یک ترکیب نقش مهمی دارند. گازها، دارای مولکول های مجزا با کمترین بر هم کنش ها هستند. اما بر هم کنش مولکول ها در مایع ها بیشتر است و در جامدها، بر هم کنش ها میان مولکول ها می تواند به بیشترین مقدار ممکن برسد. از این رو در شرایط یکسان، نیروهای بین مولکولی در حالت جامد قوی تر از حالت مایع و آن هم به مراتب قوی تر از حالت گازی است. البته باید توجه داشت که نیروهای بین مولکولی به طور عمده به میزان قطبی بودن مولکول ها و جرم آنها وابسته است.
جدول 2 برخی ویژگی های آب را در مقایسه با هیدروژن سولفید نشان می دهد.
مطابق جدول، هر دو ماده مولکول های خمیده و قطبی دارند، اما آب با جرم مولی نزدیک به نصف جرم مولی هیدروژن سولفید، دمای جوش غیرعادی و بالاتری از آن دارد به طوری که تفاوتی برابر با \({160^ \circ }C\) را نشان می دهد. گویی نیروی جاذبه میان مولکول های آب از آنچه انتظار می رود، قوی تر است. اما چرا؟ دلیل این تفاوت را در کجا باید جستجو کرد؟
با جهت گیری مولکول های قطبی یک ماده در میدان الکتریکی آشنا شدید. این ویژگی مبنای اندازه گیری کمیتی به نام گشتاور دو قطبی است؛ کمیتی تجربی که با افزایش میزان قطبیت مولکول ها، افزایش می یابد. برای نمونه گشتاور دوقطبی مولکول هایی مانند O2، CO2 و CH4 برابر با صفر است (چرا؟)، در حالی که گشتاور دوقطبی مولکول های H2O و H2S به ترتیب برابر با 1/85D و 0/97D است. این کمیت ها نشان می دهند که میزان قطبیت مولکول های آب و قدرت نیروهای بین مولکولی آن نزدیک به دو برابر مولکول های هیدروژن سولفید است. از این رو نیروهای جاذبه میان مولکول های H2O به اندازه ای قوی است که در شرایط اتاق می تواند این مولکول ها را کنار یکدیگر نگه دارد و آب به حالت مایع باشد (شکل 17).
از آنجا که بارهای الکتریکی ناهمنام یکدیگر را می ربایند، در یک نمونه آب که دارای شمار بسیاری مولکول H2O است، سرمثبت هر مولکول، سر منفی مولکول همسایه را جذب می کند. از این رو در مجموعه ای از مولکول های آب، هر اتم هیدروژن با یک نیروی جاذبۀ قوی از سوی اتم اکسیژن درمولکول همسایه جذب می شود. این نیروهای جاذبۀ قوی میان مولکول های آب که در آن هیدروژن نقش کلیدی ایفا می کند، پیوندهای هیدروژنی نامیده می شود.
آیا تنها میان مولکول های H2O پیوند هیدروژنی وجود دارد؟ یا اینکه مولکول های دیگر نیز می توانند پیوند هیدروژنی تشکیل دهند؟
علت دمای جوش غیرعادی آب نسبت به هیدروژن سولفید:
دمای جوش آب به طور غیرعادی بالاتر از H2S است، زیرا بین مولکولهای آب پیوند هیدروژنی برقرار میشود. در مولکول آب، اتم اکسیژن الکترونگاتیوی بالایی دارد و پیوند O-H بسیار قطبی است. این موضوع باعث ایجاد جاذبهٔ قوی میان هیدروژن یک مولکول و اکسیژن مولکول دیگر میشود. این جاذبهٔ قوی انرژی بیشتری برای جدا شدن مولکولها نیاز دارد، بنابراین دمای جوش آب بالا میرود. در مقابل، در H2S پیوند هیدروژنی تشکیل نمیشود و فقط نیروهای ضعیفتری میان مولکولها وجود دارد.
صفر بودن گشتاور دوقطبی در برخی مولکولها:
در مولکولهای O2، CO2 و CH4 به دلیل تقارن ساختاری، گشتاور دوقطبی کل مولکول صفر است. در این مولکولها اگرچه ممکن است پیوندهای قطبی وجود داشته باشد (مانند پیوندهای C-O در CO2)، اما جهت گشتاورهای دوقطبی پیوندها طوری است که یکدیگر را خنثی میکنند و برآیند آنها صفر میشود. در نتیجه این مولکولها رفتار ناقطبی دارند.
وجود پیوند هیدروژنی در مواد دیگر:
پیوند هیدروژنی تنها به آب محدود نیست. هر مولکولی که در آن اتم هیدروژن مستقیماً به اتمهای بسیار الکترونگاتیو مانند فلوئور (F)، اکسیژن (O) یا نیتروژن (N) متصل باشد، میتواند پیوند هیدروژنی تشکیل دهد. به همین دلیل در موادی مانند HF و NH3 نیز این نوع نیروی بینمولکولی مشاهده میشود.
1736019749.png)
