3 פתרונות לתרגילים מחוברת `7 עמ 1 תרגיל חומרים מולקולריים חומרים יוניים
פתרונות לתרגילים מחוברת 3 עמ' 7 תרגיל 1 חומרים יוניים חומרים מולקולריים AlBr3 CS2 MgF2 H2S CaH2 C2H6 AgF HgO CaSO4 Na2CO3 תרגיל 2ניסוחי המסה במים א. )AlBr3(s)→Al+3(aq) +3Br-(aq )MgF2 (s)→Mg+2(aq ב. )+2F-(aq ג. )CaH2 (s)→Ca+2(aq) +2H-(aq ד. )AgF (s)→Ag+ (aq) +F-(aq ה. )HgO (s)→Hg+2(aq) +O-2(aq ו. )CaSO4 (s)→Ca+2(aq) + SO4-2(aq ז. )Na2CO3 (s)→2Na + (aq) + (CO3)-2(aq תרגיל 3 מוצקים בבירור הם חומרים יוניים או מתכות. חומרים יוניים CaCl2 חומרים מולקולריים CO2גז Ag MgO I2מוצק (לא חייבים לזכור) Hgנוזל בטמפ' החדר LiNO3 SO3 Al AlPO4 תרגיל 4 נוסחאות החומר מגנזיום ופלואור נתרן וברום סידן וגופרית סטרונציום ויוד MgF2 NaBr CaS SrI תרגיל 5 חמצן בתרכובות יוניות O-2 CaO סידן K2O אשלגן אלומיניום Al2O3 Li2O ליתיום סטרונציום SrO תרגיל 6 מימן עם מתכות :יון שלילי H- עם אל מתכות הוא טעון במטען חיובי כי המימן אטום פחות אלקטרושלילי ביחס לאל-מתכות. סטרונציום SrH2 KH אשלגן אלומיניום AlH3 ליתיום LiH מגנזיום MgH2 תרגיל 7 א .נכון .מתכות הן מוצקות בטמפ' החדר .נתרן מתכת בטור ראשון .למתכות מבנה ענק שבו אטומים רבים נמשכים זה לזה ,הרחקת האטומים זה מזה דורשת אנרגיה. אנרגיה רבה פירושה שיש כוחות משיכה חזקים בין האטומים לבין החומר .לכן החומר נתרן מוצק בטמפ' החדר. ב .נכון KBr .תרכובת יונית ,מבנה ענק .הרבה יונים חיוביים נמשכים להרבה יונים שליליים יש להשקיע אנרגיה רבה להרחקת היונים זה מזה .השקעת אנרגיה פירושה העלאת טמפ' ההיתוך והרתחה. ג .שגוי SiCl 4.מולקולרי (קשרים קוולנטיים) ד .שגוי .מימן Hהוא אל מתכתי . ה .שגוי IBr .חומר מולקולרי ומצב צבירה שלו יכול להיות נוזל/מוצק או גז .אם אין לנו נתונים על טמפ' היתוך או טמפ' רתיחה של החומר לא נוכל לדעת בוודאות את מצב הצבירה של החומר. עמ' 8 תרגיל 1 היון Al+3 Ca+2 H4+ Na + )NO3)-1 Al (NO3)3 Ca(NO3)2 H NO3 NaNO3 )SO4( -2 Al2)SO4(3 (Ca)SO4 2SO4H (Na)2SO4 )PO4)-3 AlPO4 Ca3 (PO4)2 ) H( 3PO4 (Na)3PO4 Ca(OH)2 HOH NaOH )OH) -1 Al(OH)3 תרגיל 2 .1 KOH .2 Mg(NO3)2 .3 Li3PO4 .4 Ca SO3 .5 ) NH4( 2CO3 .6 Al2)CO3( 3 .7 K2CO3 .8 Rb NO3 תרגיל 3 )NaCl→Na + (aq) + (Cl)- (aq )NaCl2→Na +2 (aq) + 2(Cl)- (aq )Na2SO4→2Na + (aq) + (SO4)-2 (aq )K3PO4→3K + (aq) + (PO4)-3 (aq )(NH4)2CO3→2 NH4 + (aq) + (CO3)-2 (aq פיתרונות לתרגילים בעמוד 27 .1נתונות המולקולות הבאות: (6) N2 (5) CO2 (3) O2 (4) HCl (1) F2 (2) H2O .1רשמו נוסחאות ייצוג אלקטרונים עבור החומרים הנתונים .הקפידו על רישום זוגות לא קושרים. (5) CO2 (3) O2 (4) HCl (1) F2 (2) H2O (6) N2 .2באילו מולקולות יש קשר כפול? O2 , CO2 .3באיזו מולקולה יש קשר משולש? N2 נתונים ערכי אלקטרושליליות עבור היסודות הבאים: =N ; C = 2.5 ; Cl = 3.0 ; O = 3.5 ; H = 2.1 ; F = 4.0 3.0 .4אילו קשרים הם קשרים טהורים ואילו קשרים הם קשרים קוטביים? נמקו. הקשרים בין האטומים בעלי אלקטרושליליות שונה הם קוטביים .הקשרים הם: O-Hבמולקולה H-Cl , H2Oבמולקולה O=C , H-Clבמולקולה . CO2 .5איזה קשר הוא המקוטב ביותר? הסבירו. הקשר O-Hהוא המקוטב ביותר .ההפרש באלטרושליליות בין שני האטומים הוא הגדול ביותר .1.4 :ההפרש בין ערכי האלקטרושליליות של היסודות האחרים קטן יותר H-Cl :הוא 0.9ו C=O -הוא .1.0 .2נתונות המולקולות הבאות: )(6 PF3 (5) SiH4 (4) CF4 (3) NCl3 (2) H2S (1) NH3 .1רשמו נוסחאות ייצוג אלקטרונים עבור החומרים הנתונים .הקפידו על רישום זוגות לא קושרים. .2היעזרו באלקטרושליליות של היסודות הנתונים בשאלה 1ובנתונים הבאים על מנת לקבוע אילו קשרים קוטביים ואילו קשרים טהורים במולקולות הנתונות .נמקו את בחירתכם וסמנו חלוקת מטען. נתונים ערכי אלקטרושליליות: P = 2.1 ; ; Si = 1.8 S = 2.5 תשובה לסעיפים :122 (5) SiH4 (3) NCl3 (4) CF4 (1) NH3 (2) H2S (6) PF3 חלוקת המטען מסומנת על הנוסחאות ,כאשר האטום הפחות אלקטרושלילי ,שעליו המטען החלקי החיובי ,מסומן ב- מסומן ב- - ,והיסוד ביותר אלקטרושלילי ,שעליו המטען החלקי השלילי, . הקשרים בין האטומים בעלי אלקטרושליליות שונה הם קוטביים .הקשר היחיד שאיננו מקוטב הוא הקשר N-Clבמולקולה , NCl3משום שליסודות Nו Cl -אלקטרושליליות זהה .קשר זה הוא קשר טהור. .3היעזרו בטבלה בעמ' 132ורשמו את הצורה הגיאומטרית של המולקולות הנתונות. הצורה הגיאומטרית נקבעת לפי מספר הקשרים ומספר הזוגות הלא קושרים מסביב לאטום המרכזי במולקולה: (5) SiH4 (4) CF4 (3) NCl3 (1) NH3 (2) H2S (6) PF3 פירמידה טטראדר טטראדר פירמידה זוויתית פירמידה משולשת משולשת משולשת .3נתונות המולקולות הבאות: (3) COCl2 (2) CH2O (1) BF3 .1מהו מספר האלקטרונים הערכיים של האטום המרכזי בכל אחת מהמולקולות הנתונות? = (3) COCl2 C (2) CH2O C = 4 4 .2כמה קשרים יוצר האטום המרכזי בכל אחת מהמולקולות? B=3 (1) BF3 (2) CH2O C = 4 = (3) COCl2 C (1) BF3 B=3 4 .3רשמו נוסחאות ייצוג אלקטרונים עבור החומרים הנתונים .הקפידו על רישום זוגות לא קושרים. (3) COCl2 (1) BF3 (2) CH2O .4בשתיים משלוש המולקולות הנתונות יש קשר כפול .האם קשר זה הוא קוטבי? נמקו. הקשר קוטבי .לחמצן אלקטרושליליות 3.5ולפחמן שקשור אליו אלקטרושליליות 2.5. .5הצורה הגיאומטרית של המולקולות הנתונות היא משולש מישורי .נתונה אלטרושליליות של היסוד בור . B = 2.0 :האם המולקולות הנתונות קוטביות? הסבירו לגבי כל אחת מהן. המולקולה BF3איננה קוטבית ,למרות שהיא מכילה 3קשרים קוטביים (לפלואור אלקטרושליליות .)4.0צורתה היא משולש מישורי ,ויש ביטול כוחות מלא במולקולה. המולקולות CH2Oו COCl2 -קוטביות .הקשרים במולקולות קוטביים .האטומים הקיצוניים אינם זהים ,ולכן אין ביטול כוחות. .4נתונות המולקולות: (3) PF3 (4) PH3 (2) NCl3 (1) NH3 צורת המולקולות הנתונות היא פירמידה משולשת. .1היעזרו בערכי האלקטרושליליות בשאלות 1ו 2-וסמנו את הקשרים הקוטביים במולקולות הנתונות. הקשרים הקוטביים הם P-F :במולקולה PF3ו N-H -במולקולה . NH3 .2אילו מולקולות קוטביות ואילו אינן קוטביות? הסבירו. לכל המולקולות צורה של פירמידה משולשת ,שאיננה מאפשרת ביטול כוחות .המולקולות NH3ו PF3 -מכילות קשרים קוטביים ,ולכן תהיינה קוטביות .המולקולות NCl3ו PH3 -אינן קוטביות ,משום שהקשרים בהן טהורים ( ליסודות Nו Cl -אלקטרושליליות זהה.3.0 , ליסודות Pו H-גם כן אלקטרושליליות זהה.)2.1 , .5נתונות המולקולות(4) CF4 : (3) CH2F2 צורת המולקולות הנתונות היא טטראדר. (2) CHCl3 (1) CCl4 .1רשמו נוסחאות ייצוג אלקטרונים עבור החומרים הנתונים .הקפידו על רישום זוגות לא קושרים. .2היעזרו בערכי האלקטרושליליות בשאלות 1ו 2-וסמנו את הקשרים הקוטביים במולקולות הנתונות. (3) CH2F2 )(4 (2) CHCl3 (1) CCl4 CF4 .3אילו מולקולות קוטביות ואילו אינן קוטביות? הסבירו. הקשרים בין האטומים השונים בכל אחת מהמולקולות הם קשרים קוטביים ,משום שיש ליסודות אלקטרושליליות שונה. לכל המולקולות צורת טטראדר ,שמאפשרת ביטול כוחות כאשר כל האטומים מסביב לאטום המרכזי זהים באלקטרושליליות שלהם .כאשר האלקטרושליליות שונה ,אין אפשרות לביטול כוחות .המולקולות הקוטביות הן CHCl3ו , CH2F2 -משום שהאטומים שקשורים לאטום המרכזי אינם זהים ,ואין בהן ביטול כוחות. המולקולות שאינן קוטביות הן CCl4ו , CF4 -משום שהאטומים שקשורים לאטום המרכזי זהים ,ויש בהן ביטול כוחות. פיתרונות לתרגילים בעמוד 37ובעמוד 38בחוברת מספר 3 חומרים מולקולריים –פתרונות לתרגיל -כוחות בין מולקולריים .1נתונות טמפרטורות הרתיחה של היסודות ממשפחת ההלוגנים : I2: 184.30c Br2: 58.80C Cl2 : -3.50c F2 : -1880C מהו ההסבר הנכון להבדלים בין טמפרטורות הרתיחה של ההלוגנים? א .ביסודות ההלוגנים הללו קוטביות הקשר הולכת וגדלה ככל שיורדים בטור. ב .עם הירידה בטור גדלה הקוטביות הקבועה של המולקולות וכתוצאה מכך כוחות ו.ד.ו. חזקים יותר ולכן נק' רתיחה עולה. ג .עם הירידה בטור מס' האלקטרונים במולקולה גדל ,וכתוצאה מכך כוחות ו.ד.ו .חזקים יותר וטמפ' הרתיחה גבוהה יותר. ד .הפלואור והכלור הם גזים ,הברום נוזלי ,והיוד מוצק בטמפרטורת החדר. .2הסבירו כל אחת מהעובדות הבאות תוך התייחסות לכוחות הבין מולקולריים שקיימים בין מולקולות החומרים הנתונים: .1טמפ' הרתיחה של -Xeקסנון הינה –1080cבעוד טמפ' הרתיחה של – I2יוד הינה . 184.30c שני החומרים הנתונים הם חומרים מולקולריים .טמפרטורת הרתיחה היא מדד לחוזק הכוחות בין המולקולות .לפי הנתונים, ל - I2 -טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר .הכוחות הבין-מולקולריים בין המולקולות בשני החומרים הנתונים הם אינטרקציות ואן-דר-ולס .ענן האלקטרונים של יוד ( 106אלקטרונים) גדול מענן האלקטרונים של ( Xe אלקטרונים). ככל שענן שאלקטרונים גדול יותר כך אינטרקציות ואן-דר-ולס חזקות יותר .יש יותר סיכוי להיווצרות דו-קוטב רגעי באזורים שונים במולקולה ולאינטרקציות בין המולקולות. .2טמפרטורת הרתיחה של אתאנול , C2H5OH ,גבוהה מזו של מתאנול . CH3OH , שני החומרים הנתונים הם חומרים מולקולריים. הכוחות הבין-מולקולריים בין המולקולות של החומר אתאנול C2H5OHובין המולקולות של החומר מתאנול הם כוחות ואן-דר-ולס באזור הפחמני של המולקולה וקשרי מימן באזור קבוצת ה. -OH - ל -אתאנול ענן אלקטרונים גדול בהרבה מענן האלקטרונים של מתאנול – .לכן הכוחות הבין-מולקולריים חזקים יותר בין המולקולות של אתאנול ,וטמפרטורת הרתיחה של אתאנול גבוהה מטמפרטורת הרתיחה של מתאנול . .3פרופאן (גז בישול) , C3H8 ,הוא גז בטמפרטורת החדר ואוקטאן , C8H18 ,הוא נוזל. שני החומרים הנתונים הם חומרים מולקולריים .טמפרטורת הרתיחה היא מדד לחוזק הכוחות בין המולקולות .לפי הנתונים ,לאוקטאן טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר. הכוחות הבין-מולקולריים בין המולקולות בשני החומרים הנתונים הם אינטרקציות ואן- דר-ולס .ענן האלקטרונים של אוקטאן גדול מענן האלקטרונים של פרופאן .ככל שענן שאלקטרונים גדול יותר כך אינטרקציות ואן-דר-ולס חזקות יותר .יש יותר סיכוי להיווצרות דו-קוטב רגעי באזורים שונים במולקולה ולאינטרקציות בין המולקולות. .3נתונות המולקולות הבאות והצורות הגיאומטריות שלהן: (CH2F2 )1 (PH3 )2 (NH3 )3 (H2O2 )4 (CH2O )5 (C2H5OH )6 טטראדר פירמידה משולשת פירמידה משולשת טטראדר+זויתי .1אילו מהמולקולות הנתונות קוטביות? הסבירו. המולקולות הקוטביות הן. 6 ,5 ,4 ,3 ,1 : זוויתית משולש מישורי .2באילו חומרים מבין החומרים הנתונים קיימים קשרי מימן בין המולקולות? הסבירו. קישרי מימן קיימים בין המולקולות.6 ,4 ,3: .3לאיזה חומר עשויה להיות טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר CH2F2 -או ? PH3 הסבירו. בין המולקולות של CH2F2ובין המולקולות של PH3יש כוחות ואן-דר-ולס .ההבדל בין גודל ענן האלקטרונים של שתי המולקולות איננו גדול מאד – 26אלקטרונים בCH2F2 - ו 18-אלקטרונים ב. PH3 - בין מולקולות CH2F2הקוטביות קיימים כוחות ואן-דר-ולס חזקים יותר מאשר בין מולקולות ,PH3ולכן טמפרטורת הרתיחה של CH2F2גבוהה מטמפרטורת הרתיחה של . PH3 .4לאיזה חומר עשויה להיות טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר – NH3או ? PH3הסבירו. בין המולקולות של NH3יש בעיקר קשרי מימן .בין המולקולות של PH3יש כוחות ואן-דר- ולס .ההבדל בין גודל ענן האלקטרונים של שתי המולקולות איננו גדול מאד – 10 אלקטרונים בNH3 - ו 18-אלקטרונים ב . PH3 -קשרי המימן חזקים הרבה יותר מכוחות ואן-דר-ולס ,ולכן טמפרטורת הרתיחה של NH3גבוהה מטמפרטורת הרתיחה של . PH3 .5לאיזה חומר עשויה להיות טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר – H2O2או ?C2H5OH הסבירו. שני החומרים הנתונים הם חומרים מולקולריים .טמפרטורת הרתיחה היא מדד לחוזק הכוחות בין המולקולות .ל H2O2 -טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר .הכוחות הבין מולקולריים בשני החומרים הם בעיקר קשרי מימן .מספר קשרי המימן האפשריים למולקולה בחומר H2O2גדול יותר ממספר קשרי המימן האפשריים למולקולה C2H5OH .בנוסף ,ענן האלקטרונים של המולקולה 34( H2O2אלקטרונים) שווה לענן האלקטרונים של 34( C2H5OHאלקטרונים) ,ולכן האינטרקציות בין מולקולות מי החמצן H2O2חזקות יותר מאשר בין מולקולות ,C2H5OHטמפרטורת הרתיחה של H2O2גבוהה יותר. .4נתונות מספר תרכובות מולקולריות וצורותיהן הגיאומטריות ( N2H4 :פירמידה משולשת כפולה) ( ClOH ,זויתית) ( CCI2F2 ,טטראדר) ( HCN ,קווית) , (משולש מישורי). .1רשמו נוסחת ייצוג אלקטרונית לכל אחת מהמולקולות. נתונים ערכי אלקטרושיליות עבור היסודות: F = 4 ; N = 3 ; H = 2.1 ; B = 2 ; C = 2.5 ; Cl = 3 ; O = 3.5 .2ציינו לגבי כל אחת מהתרכובות האם היא קוטבית או לא קוטבית . מולקולה קוטבית מולקולה לא קוטבית BH3 N2H4 ClOH , HCN , CCI2F2 , אין BH3 .3באילו חומרים קיימים כוחות ואן-דר-ולס בין המולקולות? באיזה מקרה קיימים קשרי מימן בין המולקולות? הסבירו. קישרי מימן כוחות ו.ד.ו ( ClOH ,זויתית) CCI2F2 , (טטראדר) ( HCN ,קווית) , (N2H4פירמידה משולשת כפולה) BH3 (משולש מישורי). .4הסבירו את העובדות הבאות תוך התייחסות לסוג הכוחות הבין מולקולריים הקיימים בין המולקולות של כל אחד מהחומרים ולגורמים המשפיעים על חוזקם: (א) לתרכובת BH3נקודת רתיחה נמוכה מזו של CCl2F2הסבירו. BH3 , CCl2F2 האינטרקציות הבין מולקולריות בשני חומרים אלה היא כוחות ואן- דר-ואלס. נתוןTb(BH3) < Tb(CCl2F2 ) : .ענן האלקטרונים בשתי המולקולות זהה .המולקולה CCl2F2קוטבית ואילו המולקולה BH3איננה קוטבית .לכן האינטרקציות בין מולקולות CCl2F2חזקות יותר וטמפ' הרתיחה שלהם גבוהה יותר. (ב) לתרכובת CCl2F2נקודת רתיחה דומה לזו של N2H4הסבירו. הכוחות הבין מולקולריים בין המולקולות של CCl2F2הם כוחות ו.ד.ו .הכוחות הבין מולקולריים .גודל ענן האלקטרונים הוא 58אלקטרונים .הכוחות הבין מולקולריים בין המולקולות של N2H4הם קשרי מימן :במולקולה יש אטומי מימן חשופים מאלקטרונים שיכולים ליצור קשר מימני עם זוג האלקטרונים הלא קושר על אטומי החנקן של מולקולות סמוכות .ענן האלקטרונים של N2H4מעט קטן מזה של ,CCl2F2בערך 18 אלקטרונים .מצד אחד מולקולות קטנות וכוחות משיכה חזקים ומצד שני מולקולות גדולות וכתוצאה גם בהן כוחות משיכה מתחזקים ,ולכן הכוחות בין המולקולות דומים. .5הגרפים הבאים מתארים את טמפ' הרתיחה של ההידרידים (תרכובות של יסודות עם מימן) של יסודות הטור הרביעי עד הטור השביעי: טור 4 נקודות רתיחה של הידרידים טור 5 טור 7 100 50 0 -50 -100 -150 טמפרטורת רתיחה (צלזיוס) טור 6 150 -200 6 5 3 4 מספר שורה 1 2 .1הסבירו את השתנות טמפרטורות הרתיחה של ההידרידים של יסודות טור .4 טור : IV נוסחת החומר CH4 SiH4 GeH4 SnH4 מס' e-בענן האלקטרונים טמפרטורת רתיחה )(°C 16 -164 -112 טמפרטורת הרתיחה עולה כאשר ענן האלקטרונים גדל. -88.5 -52 האינטרקציות הבין מולקולריות בחומרים הנתונים היא כוחות ואן-דר-ואלס .כוחות אלה הם תוצאה של קיטוב רגעי או קבוע על המולקולה .ככל שענן האלקטרונים גדול יותר הסיכוי להיווצרות קיטוב רגעי עולה ,וכוחות המשיכה בין המולקולות מתחזקים. .2הסבירו מדוע טמפרטורת הרתיחה של התרכובת ( NH3ההידריד של היסוד בשורה )2 גבוהה מטמפרטורת הרתיחה של ההידריד ( PH3ההידריד של היסוד הבא בטור .)5 טור : V נוסחת החומר מס' e-בענן האלקטרונים טמפרטורת רתיחה )(°C NH3 PH3 10 18 -33.3 -87.4 למולקולות NH3טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר מטמפרטורת הרתיחה של מולקולות בעלות ענן אלקטרונים גדול יותר . PH3- המולקולות NH3יוצאות מן הכלל .בין מולקולות אלה קיימים כוחות חזקים יותר – קשרי מימן .קשרי מימן הם אינטרקציות בין מולקולריות שנובעות מקשר קוולנטי קוטבי במיוחד במולקולות בין אטום מימן לאטום מאד אלקטרושלילי אליו הוא קשור .הסיכוי למצוא את זוג אלקטרוני הקשר בקרבת אטום המימן נמוך מאד ,ומתקבל אזור בעל מטען חיובי חלקי באזור המימן ואזור בעל מטען שלילי בקרבת האטום הסמוך לו .אזור חיובי זה במולקולה אחת נמשך אל אזור בעל מטען שלילי במולקולה סמוכה .וכך למרות שלמולקולות PH3ענן אלקטרוני גדול יותר ,בין המולקולות שלו כוחות משיכה חלשים יותר. .3הסבירו באופן דומה את השתנות טמפרטורות הרתיחה של ההידרידים של יסודות טור .6 טור : VI נוסחת החומר H2O H2S H2Se H2Te מס' e-בענן האלקטרונים טמפרטורת רתיחה )(°C 10 18 100 -59.6 -42.5 -2 אותו הסבר כמו בסעיף 2. .4הסבירו באופן דומה את השתנות טמפרטורות הרתיחה של ההידרידים של יסודות טור .7 טור : VII נוסחת החומר HF HCl HI HBr מס' e-בענן האלקטרונים טמפרטורת רתיחה )(°C 10 18 19.6 -85 -69 -36 אותו הסבר כמו בסעיף 2 .5מדוע טמפרטורת הרתיחה של H2Oהיא הגבוהה מבין התרכובות ? HF, H2O, NH3 המולקולות HF , H2O , NH3יוצאות מן הכלל .בין מולקולות אלה קיימים כוחות חזקים יותר – קשרי מימן .קשרי מימן הם אינטרקציות בין מולקולריות שנובעות מקשר קוולנטי קוטבי במיוחד במולקולות בין אטום מימן לאטום מאד אלקטרושלילי אליו הוא קשור. הסיכוי למצוא את זוג אלקטרוני הקשר בקרבת אטום המימן נמוך מאד ,ומתקבל אזור בעל מטען חיובי חלקי באזור המימן ואזור בעל מטען שלילי בקרבת האטום הסמוך לו. אזור חיובי זה במולקולה אחת נמשך אל אזור בעל מטען שלילי במולקולה סמוכה. ( HF , H2O )1האינטרקציות הבין מולקולריות בשני חומרים אלה היא בעיקר קשרי מימן. נתון . Tb(HF) < Tb(H2O) :מספר קשרי מימן ממוצע למולקולת HFהוא ,2ואילו מספר קשרי המימן האפשריים בין מולקולות המים הוא ( 4מספר אטומי המימן וזוגות האלקטרונים הלא קושרים שווה ,כך שכל קשרי המימן האפשריים יכולים להיווצר). למרות שהאופי היוני (מידת הקוטביות) של הקשר H-Fגדול יותר מאשר הקשר , O-H מספר הקשרים הכפול האפשרי בין מולקולות המים גורם לאינטרקציות חזקות יותר בין המולקולות של המים ולטמפרטורת רתיחה גבוהה יותר של המים. ( NH3 , H2O )2האינטרקציות הבין מולקולריות בשני חומרים אלה היא בעיקר קשרי מימן. נתון . Tb(NH3) < Tb(H2O) :מספר קשרי מימן אפשריים למולקולת NH3הוא .4מספר אטומי המימן ומספר זוגות האלקטרונים הלא -קושרים במולקולה אינו שווה ,ולכן לא כל הקשרים יכולים להיות מנוצלים בכל מולקולה .מספר קשרי המימן האפשריים בין מולקולות המים הוא ,4וכולם יכולים להיות מנוצלים .בנוסף לכך ,האופי היוני (מידת הקוטביות) של הקשר O-Hגדול יותר מאשר הקשר , H-Nולכן חלוקת המטען על המולקולה חזקה יותר .לכן האינטרקציות בין מולקולות המים חזקות יותר וטמפ' הרתיחה שלהם גבוהה יותר. ( NH3 , HF )3האינטרקציות הבין מולקולריות בשני חומרים אלה היא בעיקר קשרי מימן. נתון . Tb(NH3) < Tb(HF) :מספר קשרי מימן אפשריים למולקולת NH3הוא .4מספר אטומי המימן ומספר זוגות האלקטרונים הלא -קושרים במולקולה אינו שווה ,ולכן לא כל הקשרים יכולים להיות מנוצלים בכל מולקולה .מספר קשרי המימן ממוצע למולקולת HF הוא ,2אך האופי היוני (הקוטביות) של הקשר H-Fגדול יותר והמולקולה קוטבית יותר. לכן האינטרקציות בין מולקולות HFחזקות יותר וטמפ' הרתיחה שלהם גבוהה יותר. .6הסבירו את העובדות הבאות תוך התייחסות לכוחות הבין מולקולריים הקיימים בין המולקולות בשני החומרים הנתונים: .1טמפרטורת הרתיחה של CH3OHגבוהה מטמפרטורת הרתיחה של . CH3F טמפרטורת הרתיחה של מתאנול CH3OHגבוהה מזו של מתיל פלואורי . CH3F כאמור ,הכוחות הבין-מולקולריים בין המולקולות של מתאנול CH3OHהם כוחות ואן- דר-ולס באזור הפחמני של המולקולה וקשרי מימן באזור קבוצת ה . -OH -הכוחות הבין- מולקולריים בין המולקולות של CH3Fם כוחות ואן-דר-ולס. קשרי מימן חזקים יותר מכוחות ואן-דר-ולס כאשר גודל ענן האלקטרונים דומה .אמנם ענן האלקטרונים של המולקולות של CH3Fדומה לענן האלקטרונים של מתאנול ,CH3OHאך ההבדל נובע מנוכחות קישרי מימן. .2נקודת הרתיחה של CH3OHנמוכה מזו של .N2H4 האינטרקציות הבין מולקולריות בשני חומרים אלה היא בעיקר קשרי מימן .מספר קשרי מימן ממוצע למולקולת CH3OHהוא ,3ואילו מספר קשרי המימן האפשריים בין מולקולות N2H4הוא ( 6זהו סה"כ מספר אטומי המימן וזוגות האלקטרונים הלא קושרים ,כך שכל קשרי המימן האפשריים יכולים להיווצר) .למרות שהאופי היוני (מידת הקוטביות) של הקשר H-Oגדול יותר מאשר הקשר , N-Hמספר הקשרים הכפול האפשרי בין מולקולות ה N2H4 -גורם לאינטרקציות חזקות יותר בין המולקולות של ה- N2H4ולטמפרטורת רתיחה גבוהה יותר של ה. N2H4- .3נקודת הרתיחה של CH2F2נמוכה מזו של .HF בין המולקולות של HFיש בעיקר קשרי מימן .בין המולקולות של CH2F2יש כוחות ואן- דר-ולס .קיים הבדל בין גודל ענן האלקטרונים של שתי המולקולות – 10אלקטרונים ב- HFו 26-אלקטרונים ב .CH2F2 -למרות ההבדל בין גודל ענן האלקטרונים קשרי המימן חזקים יותר מכוחות ואן-דר-ולס ,ולכן טמפרטורת הרתיחה של HFגבוהה מטמפרטורת הרתיחה של . CH2F2 .4נקודת הרתיחה של CH2F2גבוהה מזו של . CF4 האינטרקציות הבין מולקולריות בשני חומרים אלה היא כוחות ואן-דר-ואלס. נתון . Tb(CH2F2) > Tb(CF4) :ענן האלקטרונים בשתי המולקולות זהה .המולקולה CH2F2קוטבית ואילו המולקולה CF4איננה קוטבית .לכן האינטרקציות בין מולקולות CH2F2חזקות יותר וטמפ' הרתיחה שלהם גבוהה יותר. .5בטמפ' החדר H2Sהינו גז בעוד H2Oהינם נוזל . שני החומרים הנתונים הם חומרים מולקולריים. בין המולקולות של H2Oיש בעיקר קשרי מימן .בין המולקולות של H2Sיש כוחות ואן-דר- ולס .ההבדל בין גודל ענן האלקטרונים של שתי המולקולות איננו גדול מאד – 10 אלקטרונים ב , H2O -ו 18-אלקטרונים ב . H2S -קשרי המימן חזקים הרבה יותר מכוחות ואן-דר-ולס ,ולכן H2Oהם נוזל בטמפרטורת החדר ואילו בין מולקולות H2Sאינטרקציה חשמלית חלשה יותר ולכן כוחות משיכה חלשים יותר ולכן מופיע כגז. Br2 .6נמס היטב ב – ) , CCl4(lאך מסיסותו במים זניחה. החומרים הנתונים הם חומרים מולקולריים .על מנת שחומר אחד יתמוסס בחומר אחר עליו להשתלב במבנה שלו וליצור אינטרקציות עם המולקולות שלו. בין המולקולות של ברום Br2יש כוחות ואן-דר-ולס .בין המולקולות של ) CCl4(lיש כוחות ואן-דר-ולס .המולקולות של הברום יכולות להשתלב במבנה ה CCl4(l)-וליצור אינטרקציות ואן-דר-ולס איתן .לכן ברום מתמוסס ב. CCl4(l)- בין מולקולות המים יש בעיקר קשרי מימן .מולקולות הברום ,שיוצרות אינטרקציות מטיפוס ואן-דר -ולס לא יכולות להשתלב במבנה של המים משום שאינן יכולות ליצור קשרי מימן עם המים .לכן ברום איננו מתמוסס במים. .7טמפרטורת הרתיחה של Br2גבוהה משל .HF בין המולקולות של HFיש בעיקר קשרי מימן .בין המולקולות של Br2יש כוחות ואן-דר- ולס. ל Br2 -ענן אלקטרונים גדול בהרבה מענן האלקטרונים של 70 – HFאלקטרונים .לכן הכוחות הבין-מולקולריים חזקים יותר בין המולקולות של , Br2וטמפרטורת הרתיחה של Br2גבוהה מטמפרטורת הרתיחה של . HF .8התרכובת CH3OHמתמוססת מצוין במים. החומרים הנתונים הם חומרים מולקולריים. בין מולקולות CH3OHיש בעיקר קשרי מימן ,כמו גם בין מולקולות המים .המולקולות משני הסוגים יכולות ליצור קשרי מימן ביניהן .לכן מולקולות CH3OHיתמוססו היטב במים. .9התרכובת בוטאן , C4H10 ,איננה מתמוססת במים ,אך מתמוססת מצוין בממס . CS2 החומרים הנתונים הם חומרים מולקולריים .על מנת שחומר אחד יתמוסס בחומר אחר עליו להשתלב במבנה שלו וליצור אינטרקציות עם המולקולות שלו. בין המולקולות של בוטאן C4H10 ,יש כוחות ואן-דר-ולס .בין המולקולות של CS2יש כוחות ואן-דר-ולס .המולקולות של הבוטאן יכולות להשתלב במבנה הCS2 -וליצור אינטרקציות ואן-דר-ולס איתן .לכן בוטאן מתמוסס ב.CS2 - בין מולקולות המים יש בעיקר קשרי מימן .מולקולות הבוטאן ,שיוצרות אינטרקציות מטיפוס ואן-דר -ולס לא יכולות להשתלב במבנה של המים משום שאינן יכולות ליצור קשרי מימן עם המים .לכן מולקולות בוטאן אינן מתמוססות במים. .10התרכובת בוטאנול , C4H9OH ,מתמוססת טוב גם במים וגם בהקסאן. C6H14 , החומרים הנתונים הם חומרים מולקולריים. בין מולקולות ה בוטאנול C4H9OH ,יש קשרי מימן באזור של הקבוצה הכהלית ,–OH כמו גם בין מולקולות המים .המולקולות משני הסוגים יכולות ליצור קשרי מימן ביניהן. לכן בוטאנול C4H9OH ,יתמוסס היטב במים. בין מולקולות ה בוטאנול C4H9OH ,קיימים גם כוחות ואן-דר-ולס באזור הפחמני .גם בין המולקולות של הקסאן ) C6H14(lיש כוחות ואן-דר-ולס .שני החומרים יכולים ליצור כוחות ואן-דר-ולס בין המולקולות שלהם .לכן בוטאנול C4H9OH ,מתמוסס גם בהקסאן. פיתרונות לעמוד 40תרגיל 13 סעיף ו -סעיף :2 מצב הצבירה (טמפ' ההיתוך והרתיחה) הוא מדד לחוזק הכוחות הבין מולקולריים. בין המולקולות של HFיש בעיקר קשרי מימן .בין המולקולות של Br2יש כוחות ואן-דר-ולס. ל Br2 -ענן אלקטרונים גדול בהרבה מענן האלקטרונים של 70 – HFאלקטרונים לעומת 10 ב .HF -לכן הכוחות הבין-מולקולריים חזקים יותר בין המולקולות של , Br2וטמפרטורת הרתיחה של Br2גבוהה מטמפרטורת הרתיחה של . HF סעיף ו -סעיף :3 שני החומרים הנתונים הם חומרים מולקולריים .טמפרטורת הרתיחה היא מדד לחוזק הכוחות בין המולקולות .לפי הנתונים ,ל H2O2 -טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר. הכוחות הבין מולקולריים בשני החומרים הם בעיקר קשרי מימן .מספר קשרי המימן האפשריים למולקולה בחומר H2O2גדול יותר ממספר קשרי המימן האפשריים למולקולה במים .בנוסף ,ענן האלקטרונים של המולקולה H2O2גדול יותר מענן האלקטרונים של המים, ולכן האינטרקציות בין מולקולות מי החמצן H2O2חזקות יותר מאשר בין מולקולות המים, טמפרטורת הרתיחה של H2O2גבוהה יותר. בין המולקולות בשני החומרים הנתונים קיימים קשרי מימן ,ומאותו סוג .טמפ' הרתיחה של מי-חמצן גבוהה יותר מזו של מים משום שמספר קשרי המימן למולקולה האפשריים בין המולקולות של מי-חמצן גדול יותר ( )6ממספר קשרי המימן למולקולה האפשריים בין המולקולות של מים (.)4 סעיף ו -סעיף 4 ( NH3 , HF )3האינטרקציות הבין מולקולריות בשני חומרים אלה היא בעיקר קשרי מימן. נתון . Tb(NH3) < Tb(HF) :מספר קשרי מימן אפשריים למולקולת NH3הוא .4מספר אטומי המימן ומספר זוגות האלקטרונים הלא -קושרים במולקולה אינו שווה ,ולכן לא כל הקשרים יכולים להיות מנוצלים בכל מולקולה .מספר קשרי המימן ממוצע למולקולת HFהוא ,2אך האופי היוני (הקוטביות) של הקשר H-Fגדול יותר והמולקולה קוטבית יותר .לכן האינטרקציות בין מולקולות HFחזקות יותר וטמפ' הרתיחה שלהם גבוהה יותר.
© Copyright 2024