شیمی123

برای بررسی تشکیل پیوند کووالانسی بین دو اتم هیدروژن، فرض می کنیم که این دو اتم از فاصله ای نسبتاً دور به یکدیگر نزدیک می شوند و در حین نزدیک شدن، انرژی پتانسیل اتم ها هم دچار تغییراتی می شود. این تغییرات در منحنی زیر که در صفحه ی ۶۸ کتاب شیمی دوم دبیرستان آمده است، نشان داده می شود:

منحنی تشکیل پیوند کووالانسی میان دو اتم هیدروژن – صفحه ۶۷ کتاب شیمی دوم دبیرستان

در محور x ها، ما فاصله بین دو اتم را بررسی می کنیم. مشخص است که در محور x ها هرچه به سمت راست برویم، این فاصله بیشتر می شود و هرچه به سمت چپ برویم، فاصله بین دو اتم هیدروژن کمتر است.

در محور y ها، ما انرژی پتانسیل دو اتم هیدروژن را بررسی می کنیم. مشخص است که هرچه در محور y ها به بالا برویم، انرژی پتانسیل بیشتر و هرچه پایین تر بیاییم، انرژی پتانسیل کمتری خواهیم داشت.

حالا خصوصیات دو اتم هیدروژن را در وضعیت های محتلف بررسی می کنیم:

وضعیت A: این وضعیت نشان دهنده ی جدایی دو اتم هیدروژن است.

در این وضعیت، فاصله ی میان دو هسته ی اتم هیدروژن به قدری زیاد است که می توان گفت این دو هسته نه نیروی دافعه به یکدیگر وارد می کنند و نه نیروی جاذبه. به همین خاطر انرژی پتانسیل دو اتم هیدروژن در وضعیت A را پایه و مبنا در نظر می گیریم (یعنی صفر) و سایر انرژی پتانسیل ها را نسبت به این وضعیت می سنجیم.

 وضعیت C: این نقطه نشان دهنده ی پایین ترین انرژی پتانسیل و بنابراین بیشترین میزان پایداری است.

در این نقطه، پیوند کووالانسی H-H تشکیل شده است و میانگین فاصله ی میان هسته های دو اتم هیدروژن، برابر با ۷۵ پیکومتر می باشد و سطح انرژی مولکول H₂ (دو اتم هیدروژن) برابر با ۴۳۶ کیلوژول بر مول نسبت به نقطه ی مبنا (یعنی وضعیت A) است (۴۳۶ واحد از نقطه ی A پایین تر است).

همان طور که در نمودار می بینید، از نقطه ی A به نقطه ی C، کاهش انرژی پتانسیل داشته ایم. هرچه انرژی پتانسیل ذخیره شده در یک سیستم کمتر باشد، پایداری آن سیستم بیشتر است. به عنوان مثال یک کودک ۵ ساله را در نظر بگیرید. این کودک ۵ ساله انرژی زیادی دارد و بنابراین بیشتر شور و اشتیاق به بازی کردن و کرم ریختن دارد اما یک پیرمرد ۹۵ ساله! هرگز انرژی آن کودک را ندارد و آرام تر و ساکن تر است. بنابراین پایداری پیرمرد بیشتر از کودک است. در این جا هم منظور همین است. به دلیل این که با نزدیک شدن دو اتم هیدروژن به یکدیگر، انرژی پتانسیل ذخیره شده ی آن ها به صورت گرما آزاد می شود تا تشکیل پیوند را شاهد باشیم، پایداری در نقطه ی C به بیشترین مقدار ممکن می رسد.

از پاراگراف بالا می توان یک نتیجه گرفت. همانطور که ۴۳۶ کیلوژول بر مول انرژی دو اتم هیدروژن آزاد شده (و به همین خاطر عدد آن منفی است) تا پیوند میان دو اتم هیدروژن تشکیل شود، می توان گفت که انرژی لازم برای شکستن پیوند میان دو اتم هیدروژن، ۴۳۶+ کیلوژول بر مول است.

حال باید بگوییم که عدد ۷۵ پیکومتر، یک میانگین است. چرا؟ چون دو اتم هیدروژن در یک پیوند کووالانسی ثابت نیستند و مدام در حال نوسان کردن می باشند. همین امر باعث می شود که گاهی فاصله بیشتر از ۷۵ و یا کمتر از ۷۵ بشود. محققین مجموع این فاصله ها را به دست آورده و از آن ها میانگین گرفته اند تا عدد ۷۵ پیکومتر به عنوان میانگین فاصله ی بین دو اتم هیدروژن شناخته شود.

از طرف دیگر در نقطه ی C، نیروهای جاذبه و دافعه ی بین دو اتم یکسان هستند و یکدیگر را خنثی می کنند. اگر جاذبه بیشتر بود و یا دافعه بیشتر، آن گاه هیچ وقت دو اتم هیدروژن (مولکول H₂) در این نقطه پایدار نبودند و به یکدیگر نزدیک و یا از هم دور می شدند. پس یکی دیگر از دلایل پایداری اتم های هیدروژن در این نقطه، برابر بودن میزان جاذبه و دافعه ی میان دو اتم است.

فاصله ی میان دو اتم هیدروژن در وضعیت C را، فاصله ی تعادلی می نامند.

 وضعیت B: فاصله ی هسته ی دو اتم هیدروژن نسبت به فاصله ی تعادلی، بیشتر است.

به دلیل بیشتر بودن فاصله نسبت به فاصله ی تعادلی، می توانیم بگوییم که دو اتم در این نقطه در وضعیت ناپایدار قرار دارند. چون فاصله بیشتر از حالت معمول است، دو اتم علاقه دارند که به یکدیگر نزدیک شوند و به فاصله ی تعادلی برسند. به همین خاطر مجموع نیرو های جاذبه از دافعه بیشتر است. در این جا منظور از جاذبه، جاذبه ی میان پروتون های هسته ی یک اتم و الکترون های اتم دیگر است و منظور از دافعه، دافعه ی میان الکترون های دو اتم و پروتون های دو اتم با یکدیگر است.

وضعیت D: فاصله ی هسته ی دو اتم هیدروژن نسبت به فاصله ی تعادلی، کمتر است.

در این وضعیت، فاصله نسبت به فاصله ی تعادلی کمتر است و باز هم باید بگوییم که اتم های هیدروژن در این وضعیت، ناپایدار هستند اما تفاوت این وضعیت با وضعیت B، در میزان نیرو های وارده است. در این جا به دلیل نزدیک بودن بیش از اندازه ی دو اتم هیدروژن نسبت به یکدیگر، می توانیم بگوییم که دافعه بیشتر از جاذبه است. اتم ها بیش از حد به یکدیگر نزدیک شده اند و بنابراین علاقه دارند تا از یکدیگر جدا شوند و دور گردند. به همین علت می گوییم مجموع نیروهای دافعه در این وضعیت نسبت به سایر وضعیت ها بیشتر از مجموع نیرو های جاذبه است.