הקשר הקוולנטי, אורך הקשר ואנרגיית הקשר

מהו קשר קוולנטי?

קשר קוולנטי הוא קשר כימי בין שני אטומים, שבו האטומים משתפים זוג אחד או יותר של אלקטרונים.

הקשר הקוולנטי נוצר כתוצאה מכוחות משיכה בין האלקטרונים המשותפים לבין גרעיני האטומים. כוחות המשיכה המחזיקים את האטומים קשורים בקשר הקוולנטי נובעים מכך שאלקטרוני הקשר נמצאים רוב הזמן באזור שבין הגרעינים ולכן מושכים את הגרעינים אחד כלפי השני.

בסרטון נגדיר את הקשר הקוולנטי ונסביר את היווצרות מולקולת מימן משני אטומי מימן בעזרת אנימציה.

סרטון מהו קשר קוולנטי

מושגים בסיסיים: מערכת,כוח ואנרגיה

קשר קוולנטי הוא קשר כימי בין שני אטומים, שבו האטומים משתפים זוג אחד או יותר של אלקטרונים.

הקשר הקוולנטי נוצר כתוצאה מכוחות משיכה בין האלקטרונים המשותפים לבין גרעיני האטומים. כוחות המשיכה המחזיקים את האטומים קשורים בקשר הקוולנטי נובע מכך שאלקטרוני הקשר נמצאים רוב הזמן באזור שבין הגרעינים ולכן מושכים את הגרעינים אחד כלפי השני.

AN10-2-מערכת,כוח ואנרגיה

אורך ואנרגיית הקשר הקוולנטי

בנוסף לכוחות המשיכה בין אלקטרוני הקשר וגרעיני האטומים שבקשר, יש כוחות דחייה בין גרעיני הקשר ובין האלקטרונים. המצב בו כוחות המשיכה והדחייה שווים, הוא מצב בעל האנרגיה הנמוכה ביותר כלומר הוא המצב בו המערכת המורכבת משני האטומים הכי יציבה.

במצב זה אנו מגדירים שני מושגים חשובים: אורך הקשר ואנרגיית הקשר

אורך הקשר (R) הוא המרחק בין גרעיני האטומים בקשר

אנרגיית הקשר (E) היא האנרגיה הדרושה לפירוק הקשר.
כלומר, אנרגיית הקשר היא האנרגיה שהמערכת (המורכבת משני אטומי הקשר) צרכיה לקלוט מהסביבה על מנת להפריד את שני האטומים למרחק גדול.
מצד שני, ניתן להגדיר את אנרגיית הקשר כאנרגיה הנפלטת לסביבה כאשר שני אטומים מתקרבים ויוצרים את הקשר.

בסרטונים המצורפים אנו מסבירים את המערכת של שני אטומי מימן מבחינת הכוחות הפועלים על החלקיקים ומבחינת האנרגיה של המערכת. בעזרת ההסברים ניתן להפנים את מושגי אורך הקשר ואנרגיית הקשר.

AN10-3 – איך נוצר הקשר הקוולנטי -אורך הקשר

תיאור קשר מבחינת כוחות ואנרגיה

תרגול

בחרו במילה או מילים הנכונות המופיעות בין הסוגריים. יש רק אפשרות אחת נכונה

א. הקשר הקוולנטי או קשר שיתופי הוא קשר כימיה בין (אטומים/יונים/מולקולות) הנובע מכוחות משיכה מסוג (חשמלי/גרעיני/כובדי) ונוצר כתוצאה משיתוף זוג אחד או יותר של (פרוטונים/אלקטרונים/ניוטרונים). הכוח המחזיק את האטומים קשורים אחד לשני בקשר קוולנטי נובע ממשיכה בין (אלקטרונים ופרוטונים/אלקטרונים וניוטרונים/פרוטונים וניוטרונים).
אלקטרוני הקשר הקוולנטי נעים בתוך ענן אלקטרונים (סביב גרעין אחד/סביב שני הגרעינים) של אטומי הקשר. ענן זה נקרא אורביטל מולקולרי ומשמעו (האזור/המסלול) סביב (הגרעין של כל אטום בקשר/שני הגרעינים של אטומי הקשר) בו ניתן למצוא את אלקטרוני הקשר.

ב. מהו התיאור הנכון לקשר קוולנטי במולקולת מימן?

א ב ג

2. בחרו במילה או מילים הנכונות המופיעות בין הסוגריים. יש רק אפשרות אחת נכונה

א. אורך הקשר הוא המרחק בין שני (גרעיני / אלקטרוני) האטומים שבקשר במצב בו אנרגית המערכת המורכבת משני גרעיני הקשר ואלקטרוני הקשר היא (מינימלית / מקסימלית). במצה זה, כוחות המשיכה (גדולים / קטנים / שווים) מ/לכוחות הדחיה ביניהם ולכן המערכת במצב היציב ביותר.
אנרגיית הקשר היא האנרגיה שהקשר צריך (לקלוט/לפלוט) על מנת להתפרק. אנרגיה זו היא זהה לאנרגיה שהמערכת (פולטת / קולטת) כאשר הקשר נוצר.

ב. יחידת אנגסטרון (Å) היא יחידה של (אורך / אנרגיה). יחידה זו היא יחסית מאוד (קטנה / גדולה) כי היא משמשת למדידת גדלים ברמת האטומים. אחד אנגסטרום שווה ל (¹⁰ 10/ 10^-10) מטר שמשמעו (0.0000000001 / 10000000000 ) מטרים.

קילו ג'אול (kJ) הוא יחידה של (משקל/אנרגיה) ומשמעו, (המסה/האנרגיה) הדרושה להרמת 100 קילוגרם לגובה של מטר אחד.

3. אורך הקשר ואנרגיית הקשר במולקולת יוד (I-I) הם Å67 ו-151kJ/mol בהתאם (מול הוא כמות מוגדרת של מולקולות שנלמד בהמשך). תבחרו את ההיגד או היגדים הנכונים:

א. נדרשת קליטה של 151kJ על מנת להביא את אטומי היוד למרחק של Å67
ב. נדרשת קליטה של 151kJ על מנת לפרק את הקשר בין אטומי יוד
ג. מתקבלת פליטה של 151kJ כתוצאה מהתקרבות אטומי היוד למרחק של Å67
ד. מתקבלת פליטה של 151kJ כתוצאה מפרוק הקשר בין אטומי יוד

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

4. אנרגיית הקשר של חמצן היא 497kJ/mol . מה התיאור ברמת הסמל המתאים להגדרת אנרגיית הקשר?

א. O_2(g)+ 497 kJ → 2O_(g)_g

ב. O_2(g) → 2O_(g) + 497 kJ

ג. 2O_(g) + 497 kJ → O_2(g)g

ד. 2O_(g) → O_2(g) + 497 kJ