שאלות השוואה בין אורך ואנרגיית הקשר

איך עונים על שאלת אורך או חוזק הקשר הקוולנטי

על מנת לתת תשובה מלאה על שאלת השוואה בין אורך הקשר או אנרגיית הקשר בין שני קשרים קוולנטיים, נעשה ניתוח של שלושת הגורמים המשפיעים על חוזק הקשר: רדיוס אטומי הקשר, סדר הקשר וקוטביות הקשר(ראשי תיבות רס”ק).

הדרך הפשוטה לבנות תשובה מלאה היא לבנות טבלה המכילה את נוסחאות הקשרים שאנו מעוניינים לבדוק ואת שלושת הגורמים הנ”ל. לטבלה מסוג זה נקרא “טבלת רס”ק ” כדי שנזכור את הגורמים בקלות.

לסרטון פתרון מודרך לחצו כאן: פתרון מודרך

איך נשווה בין רדיוס אטומי הקשר?

 נשווה בין אטומי הקשר על פי מיקום היסודות בטבלה והכללים שלמדנו:
ככל שנעים ימינה בשורה, רדיוס האטום קטן וככל שנעים מטה בטור, רדיוס האטום גדל.
ככל שרדיוס אטומי הקשר גדולים יותר, אורך הקשר גדל ואנרגיית הקשר קטנה.

נימוק על השוואת בין רדיוס האטמים לפי מיקום בטבלה: כפי שראינו, ככל שהיסוד ימינה באותה שורה ביחס ליסוד אחר, מטען הגרעין גדל, ועל פי חוק קולון כוח המשיכה של האלקטרון אל הגרעין גדל ולכן האלקטרון מתקרב לגרעין כלומר רדיוס האטום קטן.

ככל היסוד נמוך יותר בשורה, רמת האנרגיה הגבוהה ביותר המאוכלסת באטום גדלה ולכן האלקטרון נמצא רחוק יותר מהגרעין והרדיוס גדל.

נימוק על השוואה בין אורך הקשר ואנרגיית הקשר: ככל שרדיוס אטומי הקשר גדל, אורך הקשר גדל  מכיוון שאלקטרוני הקשר נמצאים רחוק יותר מגרעיני הקשר. אנרגיית הקשר קטנה מכיוון שכוחות המשיכה בין אלקטרוני הקשר לגרעינים חלש יותר היות והאלקטרונים רחוקים מהגרעינים (על פי חוק קולון)  ולכן נדרשת פחות אנרגיה לשבירת הקשר.

דוגמה לטבלת רס"ק

נניח שאלה המבקשת להשוות בין אנרגיית הקשרים של H-O ו- H-C.
נבנה טבלה המאפשרת לנתח את שלושת הגורמים: רדיוס אטומי הקשר, סדר הקשר וקוטביות הקשר בצורה הבאה: 

דוגמה של טבלת רסק

הערות: 

  1. כאשר אנו משווים בין שני קשרים אשר אחד האטומים מאותו יסוד (בדוגמה אטום מימן) יש צורך להשוות רק בין רדיוס האטומים האחרים בלבד.
  2. הטבלה מסכמת את הממצאים לפי שלושת הגורמים ומציגה את המסקנה עבוד הגודל שנדרש בשאלה (אורך הקשר או אנרגיית הקשר). כדי לתת תשובה מלאה יש צורך להוסיף משפט המסביר את הממצאים והמסקנה. אין דרישה בבגרות לנמק את הממצאים שרשמתם אבל צריך לציין אותם במילים.

איך נשווה בין סדר הקשר?

נתייחס לנוסחת ייצוג אלקטרונית של הקשרים:
קשר יחיד בעל זוג אלקטרונים אחד, קשר כפול בעל שני זוגות אלקטרונים וקשר משולש בעל שלושה זוגות אלקטרונים.

ככל שסדר הקשר גדל (מיחיד לכפול ומכפול למשולש) אורך הקשר קטן ואנרגיית הקשר גדלה.

נימוק:  שככל שסדר הקשר גדל, יותר אלקטרונים משתתפים בקשר כלומר, יותר אלקטרונים מושכים את גרעיני האטומים שבקשר אחד כלפי השני. אם כך, כוח המשיכה חזק יותר ולכן האטומים מתקרבים אחד לשני ונדרשת יותר אנרגיה כדי להפריד ביניהם.

איך נשווה בין קוטביות הקשרים?

על מנת להשוות בין קוטביות הקשרים נתייחס להפרש באלקטרושליליות בין אטומי הקשרים: ככל שההפרש גדול יותר אורך הקשר קטן ואנרגיית הקשר גדלה.

נימוק:  כלל שהקשר קוטבי יותר, המטענים החלקיים הנוצרים סביב לאטומי הקשר גדולים יותר ולכן על פי חוק קולון הם מושכים אחד את השני בכוח חזק יותר. כתוצאה מכך האטומים מתקרבים אחד לשני ונדרשת יותר אנרגיה על מנת לפרק את הקשר.

תרגול

  1. השתמשו בבנק מילים שבסוף השאלה ומלאו את החסר בקטע הבא:
    ככל שסדר הקשר עולה, אורך הקשר קטן ואנרגיית הקשר גדלה. הסיבה היא שככל שסדר הקשר גדל, ____________________ גדל ולכן יש יותר אלקטרונים המושכים את גרעיני האטומי אחד כלפי השני דבר המקרב את האטומים אחד לשני וגורם לצורך ביותר אנרגיה כדי ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­_____________________.
    ככל שרדיוס האטומים המשתתפים בקשר גדל, _______________ ואנרגיית הקשר קטנה מכיוון שהאלקטרונים __________________ נמצאים רחוק יותר מהגרעינים ולכן, על פי חוק קולון, כוח המשיכה הפועל על הגרעינים חלש יותר. הגרעינים יהיו רחוקים יותר אחד מהשני והאנרגיה הדרושה להפריד את האטמים ___________________ יותר.
    ככל שקוטביות הקשר גדלה, אורך הקשר קטן ואנרגיית הקשר גדלה מכיוון ש______________________ הנוצרים סביב לאטומי הקשר גדלים. מטענים אלה מושכים אחד את השני וכוח משיכה זה ___________________ המשיכה של אלקטרוני הקשר דבר הגורם לקירוב האטומים וכתוצאה מכך נדרשת אנרגיה גבוהה יותר לפירוק הקשר.

    בנק מילים: המשתתפים בקשר, לפרק את הקשר, אורך הקשר גדל, מתווסף לכוח, קטנה, קטנה יותר, המטענים החלקיים, מספר אלקטרוני הקשר

     

  2. לפניכם ערכי אנרגיית הקשר (ב- KJ/mol) של מספר קשרים:
ערכי אורך ואנרגיית הקשר הקוולנטי

הסיבה לסדר ערכי האנרגיה הנ”ל הוא:

א. הרדיוס של האטומים הקשורים למימן יורד לפי הסדר הבא: N > O > F
ב. הרדיוס של האטומים הקשורים למימן עולה לפי הסדר הבא: N < O <  F
ג. הפרש הקוטביות של הקשרים עולה על פי הסדר הבא: H-F< O-H< N-H
ד. הפרש הקוטביות של הקשרים יורד על פי הסדר הבא: H-F> O-H > N-H

i. בלבד                                 iii.  ב’ ו-ד’

ii. א’ ו-ג’                               iv.  א’ ו-ד’

3. לפניכם ערכי אורך הקשר (באנגסטרום)

ערכי אורך קשרים קוולנטיים

מה הטיעון הלא נכון:

א. רדיוס אטום החמצן קטן מרדיוס אטום חנקן דבר התואם את היחס בין אורכי הקשרים עם מימן
ב. האלקטרושליליות של חמצן קטנה מזו של פלואור דבר התואם את היחס בין אורכי הקשר עם המימן
ג. הסיבה לכך שאורך הקשר יורד בסדר H-N> H-O> H-F היא שאנרגיית הקשר יורדת בסדר הפוך.
ד. אף אחד מהקשרים אינו קוולנטי טהור

4. לפניך ערכי אנרגיית הקשר של הקשרים בשתי מולקולות:

אנרגיות של קשרים קוולנטים

הסיבה לסדר ערכי האנרגיה הקשר הוא:

א. הרדיוס של האטום ברום גדול מרדיוס אטום המימן
ב. סדר הקשר ב-HBr גדול מאשר ב-Br2
ג. אורך הקשר במולקולת Br2 קטן מאורך הקשר במולקולת HBr

ד. קוטביות הקשר במולקולת HBr גדולה מאשר במולקולת Br2

i. ב’ בלבד    
ii. א’ ו-ב’
iii. ג’ ו-ד’
iv. א’ ו-ד’

5. אנרגיית הקשר C=O היא 740 kJ/mol מהו הטעון הנכון לגבי אנרגית הקשר C=C?

א. נמוכה מ 740 kJ/mol
ב. גבוהה מ 740 kJ/mol
ג. דומה ל 740 kJ/mol
ד. לא ניתן לקבוע



6. אנרגיית הקשר C=O היא 740 kJ/mol מהו הטעון הנכון לגבי אורך הקשר O-C?

א. ארוך מ- C=O כי רדיוס האטומים גדולים יותר
ב. ארוך מ- C=O כי יש יותר אלקטרונים לא קושרים
ג. ארוך יותר כי יש פחות אלקטרונים קושרים
ד. קצר יותר כי הקשר קוטבי יותר

7. אנרגיית הקשר C=O היא 740 kJ/mol מהו הטעון הנכון לגבי אנרגיית הקשר O-C?

א. גבוהה יותר מ- 740 kJ/mol כי הקשר יותר קוטבי
ב. נמוכה יותר מ-740 kJ/mol כי רדיוס האטומים גדולים יותר
ג. נמוכה יותר מ-740 kJ/mol כי סדר הקשר נמוך יותר
ד. גבוהה יותר מ- 740 kJ/mol כי סדר הקשר נמוך יותר

8. האם אורך הקשר של S=C גדול, קטן או שווה ל- C=O ?

א. גדול כי רדיוס האטום גופרית גדול מזה של פחמן
ב. קטן יותר בגלל הבדל באלקטרושליליות בין גופרית למפחמן
ג. שווה כי אטום הפחמן זהה בשני הקשרים ולחמצן וגופרית אותו מספר אלקטרוני ערכיות
ד. גדול יותר כי גם חמצן יותר אלקטרושלילי מגופרית וגם רדיוס האטום גופרית גדול מזה של אטום חמצן
 

9. אנרגיית הקשר C=O היא 740 קילוג’אול , האם אנרגית הקשר S=C  גדול, קטן או שווה ל- 740 קילוג’אול למול ?

10. נתון ייצוג מלא של נוסחת המבנה של מולקולת חומצה אצטית  בה סומנו שלושה קשרים: 

נוסחת מבנה של חומצה אצטית

א. מה הקשר החזק ביותר מבין שלושת הקשרים? נמקו
ב. מה הקשר הארוך ביותר מבין שלושת הקשרים? נמקו
ג. סמנו מעל כל קשר קוולנטי מטענים חלקיים ( ẟ+ו-  ẟ- במידה ויש). נמקו
ד. סמנו בעיגול את אטום הפחמן בעל המטען החלקי החיובי הגדול ביותר? נמקו
ה. סמנו בעיגול את אטום המימן בעל המטען החלקי החיובי הגדול ביותר מבין כל אטומי המימן? נמקו