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化学入門

Learning Objectives

  • 共有結合とイオン結合のエネルギーについて説明する。
  • 平均的な共有結合エネルギーを使って、反応のエンタルピーを推定する

結合の強さは、各原子が他の原子にどれだけ強く結合しているかを表しています。 したがって、2つの原子の間の結合を切断するためにどれだけのエネルギーが必要なのかがわかります。

化学結合を壊すにはエネルギーを加えなければならない（吸熱過程）のに対し、化学結合を形成するとエネルギーが放出される（発熱過程）ことを覚えておくことが重要である。 \{H}_2 の場合、共有結合は非常に強く、1モルの水素分子の結合を壊して原子を分離させるには、436kJという大きなエネルギーを加えなければならない：

\text{H}_2 (g) (g) \{bond energy = 436 kJ}

逆に、H原子2モルから \{H}_2 分子1モルができるとき、同じ量のエネルギーを放出する：

\text{2H}.

結合強さ。 共有結合

安定した分子が存在するのは、共有結合が原子を結びつけているからです。 共有結合の強さは、それを破るのに必要なエネルギー、つまり結合している原子を分離するのに必要なエネルギーで測ります。 結合した原子のペアを切り離すにはエネルギーが必要である。

気体分子1モル中の特定の共有結合を切断するのに必要なエネルギーは、結合エネルギーまたは結合解離エネルギーと呼ばれる。 2原子分子の結合エネルギーである \text{D}_text{X-Y} は は吸熱反応の標準エンタルピー変化として定義される：

\text{XY} (g) \longrightarrow (g) \text{ + Y}. (g) \Delta H^{Circ} = \Delta H^{Circ} {D}_text{X-Y} = \Delta H^{Circ} {D}_text{X-Y} = \Delta H^{Circ

例えば、純粋な共有結合であるH-H結合の結合エネルギー、 \text{D}_text{H-H｝ H-H結合1モルあたり436kJです：

\text{H}_2 (g) \longrightarrow (g) \Delta H^{Circ} = \Delta H^{Circ} = \text{436 kJ}.

原子が3つ以上の分子には、2つ以上の結合がある。 このような分子のすべての結合エネルギーの合計は、分子内のすべての結合を切断する吸熱反応の標準エンタルピーの変化に等しくなる。 例えば、 \text{CH}_4 の4つのC-H結合エネルギーの和、1660kJは、反応の標準エンタルピー変化に等しい：

ある反応をルイス構造で示す。 最初の構造は炭素原子が4個の水素原子に単結合したもので、記号は

平均C-H結合エネルギーは \text{D}_text{C-H} である。 は、反応1モルあたり4モルのC-H結合が切断されているので、1660/4 = 415 kJ/molとなる。 4つのC-H結合は元の分子では等価ですが、それぞれ同じエネルギーを必要とするわけではなく、最初の結合が壊れると（439 kJ/mol必要）、残りの結合はより簡単に壊れるようになります。 415 kJ/molという値は平均値であり、1つの結合を切断するのに必要な正確な値ではありません。

2つの原子間の結合の強さは、結合中の電子対の数が増えるにつれて増加します。 一般に、結合の強さが増すと、結合の長さは短くなる。 したがって、同じ2つの原子間では、三重結合は二重結合より強く、短いことがわかります。同様に、同じ2つの原子間では、二重結合は単結合より強く、短いことがわかります。 いくつかの一般的な結合の平均結合エネルギーは下表に、いくつかの一般的な結合の結合長と結合強度の比較は下表に示す。 ある原子がグループ内のさまざまな原子に結合する場合、結合強度は通常、グループの下に行くほど小さくなります。 例えば、 \text{C-F｝ は439 kJ/mol、 \text{C-Cl} は1,000 kJ/mol。 は330 kJ/mol、 \text{C-Br} は330 kJ/mol である。 は275kJ/molである。

Bond Energies (kJ/mol)
Bond Bond Energy Bond Bond Energy Bond Bond Energy
\text{H-> (英語)H} 436 \text{C-S} ←クリックすると拡大します。 260 \text{F-Cl}. 255
\text{H-C}. 415 \text{C-Cl}. 330 \text{F-Br}. 235
\text{H-N}. 390 \text{C-Br}. 275 \text{Si-Si}. 230
\text{H-O}. 464 \text{C-I}. 240 \text{Si-P}. 215
\text{H-F}. 569 \text{N}? 160 \text{Si-S} (シー・シー・シー) 225
\text{H-Si}. 395 \text{N=N}? 418 \text{Si-Cl}. 359
\text{H-P}. 320 \text{N} {equiv} \text{N} 。 946 \text{Si-Br} (シー・ブリット) 290
\text{H-S}. 340 \text{N-O}. 200 \text{Si-I} (シー・イー) 215
\text{H-Cl} ←クリックすると拡大します。 432 \text{N-F}. 270 \text{P-P}. 215
\text{H-Br}. 370 \text{N-P}. 210 \text{P-S}. 230
\text{H-I}. 295 \text{N-Cl}. 200 \text{P-Cl}. 330
\text{C-C}. 345 \text{N-Br}. 245 \text{P-Br}. 270
\text{C=C}? 611 \text{O-O}. 140 \text{P-I}. 215
\text{C}? {equiv} \text{C}. 837 \text{O=O}? 498 \text{S-S}. 215
\text{C-N}? 290 \text{O-F}? 160 \text{S-Cl}. 250
\text{C=N}? 615 \text{O-Si}. 370 \text{S-Br}. 215
\text{C}. {equiv} \text{N} 891 \text{O-P}. 350 \text{Cl-Cl}. 243
\text{C-O}. 350 \text{O-Cl}. 205 \text{Cl-Br}. 220
\text{C=O}. 741 \text{O-I}. 200 \text{Cl-I}. 210
\text{C}. {equiv} \text{O} 1080 \text{F-F}? 160 \text{Br-Br}. 190
\text{C-F}? 439 \text{F-Si} (フィジー) 540 \text{Br-I} ←クリックすると拡大します。 180
\text{C-Si}? 360 \text{F-P}. 489 \text{I-I}. 150
\text{C-P}? 265 \text{F-S}? 285
平均結合長および結合エネルギーについて 共通結合
結合 結合長（Å） 結合エネルギー（kJ/mol）
◆テキスト{C-...続きを読むC} 1.54 345
\text{C=C}? 1.34 611
\ text{C}. {♪♪～ 1.20 837
\text{C-N}? 1.43 290
\text{C=N}? 1.38 615
\text{C}? {Ίταν ταν για 1.16 891
\text{C-O}. 1.43 350
\text{C=O}. 1.23 741
\text{C}? \୧⃛(๑⃙⃘◡̈๑⃙⃘) 1.13 1080

結合エネルギーは、エネルギー最小値（結合距離で発生）と、離れた二つの原子のエネルギー差である。 これは、結合が形成されるときに放出されるエネルギー量である。 逆に言えば、結合を切るときにも同じだけのエネルギーが必要です。 上の表に示した \text{H}_2 分子では、結合距離74pmのとき、系は離れた2つの水素原子より7.24 × 10-19 J低いエネルギーを持っています。 これは小さな数字に思えるかもしれない。 しかし、後で詳しく説明するように、結合エネルギーはしばしばモル単位で議論される。 例えば、H-H結合を1つ切るには7.24×10-19 Jが必要だが、H-H結合1モルを切るには4.36×105 J必要である。 いくつかの結合の長さとエネルギーの比較を上の表に示す。 これらの結合はいろいろな分子に多く見られるので、この表は平均的な値を示している。 例えば、 \text{CH}_4 の最初のC-H結合を切るには439.3 kJ/mol必要で、 \text{H-CH}_2\text{C}_6\text{H}_5 （普通のペイントシンナー）の最初のC-H結合を切るには375.0 kJ/molが必要である。5 kJ/mol です。

上の表にあるように、炭素-炭素単結合の平均は 347 kJ/mol ですが、炭素-炭素二重結合では、 \pi 結合によって 267 kJ/mol 結合強度が増加します。 さらに \pi 結合を追加すると、さらに225 kJ/mol増加する。 他のと<pi>結合を比較しても同様のパターンが確認できる。 このように、個々の \pi 結合は、同じ2つの原子間の対応する \sigma 結合よりも一般に弱いのである。 \pi 結合では、 \pi 結合よりも軌道の重なりが大きい。

結合エネルギーを使って、生成エンタルピーがない反応のエンタルピー変化を近似的に計算することができる。 この種の計算はまた、反応が発熱性か吸熱性かを教えてくれる。 発熱反応 (ΔH 負、発生する熱) は、生成物の結合が反応物の結合より強い場合に起こります。 2035>

化学反応のエンタルピー変化ΔHは、反応物のすべての結合を切断するのに必要なエネルギー（エネルギー「in」、正の符号）と、生成物にすべての結合が形成されたときに放出されるエネルギー（エネルギー「out」、負の符号）の和にほぼ等しい。 これは数学的に次のように表すことができる：

\Delta H= \Sigma \text{D}_text{bonds broken}- \Sigma \text{D}_text{bonds formed}.

この式で、 \Sigma は「の合計」を意味し、Dは結合エネルギーをキロジュール/モルで表し、常に正の数である。 結合エネルギーは表から求め、その結合が単結合、二重結合、三重結合のいずれであるかによって異なる。 したがって、この方法でエンタルピーを計算する場合、すべての反応物、生成物の結合を考慮することが重要です。

次の反応を考えてみましょう。

\text{H}_2 (g) + \text{Cl}_2 (g) \longrightarrow (g)

or

\text{H-H}. (g) + \text{Cl-Cl}. (g) \longrightarrow \text{2H-Cl｝ (g)

2モルの \{HCl} を生成するため。 では、1モルのH-H結合と1モルのCl-Cl結合が切断されなければならない。 これらの結合を切るのに必要なエネルギーは、H-H結合の結合エネルギー（436 kJ/mol）とCl-Cl結合の結合エネルギー（243 kJ/mol）の合計である。 反応中、2モルのH-Cl結合が形成され（結合エネルギー=432 kJ/mol）、2×432 kJ; すなわち864 kJが放出される。 生成物の結合は反応物の結合より強いので、この反応は消費したエネルギーより多くのエネルギーを放出する。

Delta H =Sigma \text{D}_text{bonds broken} ・・・。 \Sigma \text{D}_text{bonds formed}
Delta H = -。 \⑭テキスト｛2D｝_テキスト｛H-Cl｝
= - 2(432) = \text{-185 kJ} ⑭テキスト｛2D｝_テキスト｛H-Cl｝<4435

この余剰エネルギーは熱として放出されるので、反応は発熱性であると言える。 付録Gに \{HCl} の生成標準モルエンタルピーの値がある。 (g) , Delta H_Photo_text{f}^{Circ}, -92.307 kJ/molです。 その2倍の値は-184.6kJで、先に得られた2モルのHClの生成の答えとよく一致します。

EXAMPLE

Using Bond Energies to Calculate Approximate Enthalpy Changes
Methanol, \text{CH}_3\ text{OH} は、優れた代替燃料になるかもしれない。 水蒸気と炭素を高温で反応させると、一酸化炭素、 \text{CO｝ と水素 \{H}_2 からメタノールを生産することができる。 上の表の結合エネルギーを使って、ここでの反応のおおよそのエンタルピー変化量ΔHを計算しなさい。

\text{CO}? (g) + \text{2H}_2 (g) \longrightarrow \text{CH}_3 text{OH} (g)

溶液
まず、反応物と生成物のルイス構造を書く必要があります：

一連のルイス図は、化学反応を示しています。 最初の構造は電子の一対を持つ炭素原子が電子の一対を持つ酸素に三重結合しているのを示しています。 この構造の右側にはプラス記号があり、次に数字の2があり、そして水素原子が水素原子に単結合しています。 この構造の右側には、右向きの矢印と、2個の水素原子と2個の孤立電子を持つ酸素原子に単結合している炭素原子に単結合している水素原子が描かれています。 酸素原子も水素原子に単結合している。

ここから、この反応のΔHは、C-O三重結合とH-H単結合を2つ壊すのに必要なエネルギーと、C-H単結合、C-O単結合、O-H単結合を3つ生成することによって生じるエネルギーが含まれていることが分かる。 これを次のように表現することができる。

Delta H = Sigma \text{D}_text{bonds broken} ・・・。 \7107>
Delta H = -

表の結合エネルギー値を使って、結合エネルギーを計算。 が得られます。

Delta H = -
= ♪テキスト{->は

この値を付録GのCerta H_text{f}^{Circ} データに基づいて計算した値と比較することができます。

Delta H = -
= -
= \{text-90.5 kJ}

2種類の方法で計算した値には、かなり大きな開きがあることに注意してほしい。 これは、D 値が異なる結合強度の平均であるために起こることで、他のデータとの大まかな一致しか得られないことがよくあります。

Check Your Learning
Ethyl alcohol, \text{CH}_3 は、人類が意図的に合成した最初の有機化学物質の一つである。 工業的に多くの用途があり、アルコール飲料に含まれるアルコールもこれである。 砂糖の発酵によって得られるか、エチレンの水和反応によって合成される。

化学反応を示す一連のルイス構造。 最初の構造は、二重結合している2つの炭素原子が、それぞれ2つの水素原子に単結合していることを示している。 この構造の後にプラス記号があり、次に、2 つの水素原子に単結合した 2 つの孤立電子を持つ酸素原子が続きます。 右向きの矢印は、3個の水素原子に単結合した炭素原子と2個目の炭素原子につながっています。 2番目の炭素原子は2個の水素原子と単結合し、2個の孤立電子を持つ酸素原子と単結合しています。 酸素原子は同様に水素原子に単結合している。

表の結合エネルギーを使って、この反応のおおよそのエンタルピー変化ΔHを計算せよ。

答え：
-35 kJ

イオン結合強度と格子エネルギー

イオン化合物はその正と負のイオン間の静電気引力で安定しています。 化合物の格子エネルギーは、この引力の強さを表す指標です。 イオン化合物の格子エネルギー(ΔHlattice)は、その固体1モルを構成する気体イオンに分離するのに必要なエネルギーと定義される。 イオン性固体MXの場合、格子エネルギーはこの過程のエンタルピー変化である：

\text{MX} (s) \longrightarrow (g) + \text{X}^{n-} (g) \Delta H_text{lattice}

なお、ここではイオン性固体がイオンに分離する慣例を用いているので、格子エネルギーは吸熱（正の値）になります。 いくつかのテキストでは、等価だが反対の慣例を使用しており、格子エネルギーを別々のイオンが結合して格子を形成するときに放出されるエネルギーと定義し、負の値 (発熱) を与えています。 したがって、他の文献で格子エネルギーを調べる場合は、どちらの定義が使われているかを確認することが必要です。 いずれの場合も、格子エネルギーの大きさが大きいほど、より安定なイオン性化合物であることを示します。 塩化ナトリウムの場合、 \Delta H_text{lattice}= \text{769 kJ} です。 . したがって、1モルの固体 \text{NaCl} を分離するのに769kJ必要である。 を気体の \text{Na}^+ と \text{Cl}^- イオンにします。 気体 \text{Na}^+ と \text{Cl}^- イオン各1モルが固体 \text{NaCl} を形成するとき。 , 769 kJの熱が放出される。
The lattice energy \Delta H_text{lattice}. イオン結晶のは次の式で表される（電荷間の力を支配するクーロンの法則から導かれる）。

Centa H_text{lattice} = \frac{ C(Z}^+text{)(Z}^-) }{ \text{R}_circ }

ここでCは結晶構造の種類に依存する定数、Z+とZ-はイオン上の電荷、Roはイオン間距離（正と負のイオン半径の合計）である。 したがって、イオン結晶の格子エネルギーは、イオンの電荷が増加し、イオンの大きさが小さくなると急激に増加する。 他のすべてのパラメータが一定であれば、カチオンとアニオンの両方の電荷が2倍になると、格子エネルギーは4倍になる。 例えば、 \{LiF} の格子エネルギーは、 (Z+, Z- = 1)は1023 kJ/molであるが、 \{MgO} のそれは (Z+ と Z- = 2) は3900 kJ/mol (Ro はほぼ同じ、両者とも約200 pm)
原子間距離が異なると、格子エネルギーも異なるものになります。 例えば、 \text{MgF}_2 (2957 kJ/mol) と \text{MgI}_2 (2327 kJ/mol) の格子エネルギーを比較すると、I-に比べてF-が小さいイオンサイズの格子エネルギーへの影響を見ることができる。

EXAMPLE

Lattice Energy Comparisons
貴石ルビーは酸化アルミニウム \text{Al}_2text{O}_3 で、 \text{Cr}^{3+} がわずかに含まれています。 \text{Al}_2 ³³ text{Se}_3 は、いくつかの半導体デバイスの製造に使用されています。 7262> \text{Al}_2\{O}_3 と \text{Al}_2 text{Se}_3 はどちらが格子エネルギーが大きいですか？

Solution
この2つのイオン性化合物は電荷Z+とZ-は同じなので、格子エネルギーの違いはRoによって決まります。 \text{O}^{2-} は イオンは \{Se}^{2-} よりも小さい。 イオン。 したがって、 \text{Al}_2 text{Se}_3 よりも \text{Al}_2 text{O}_3 \text{Al}_2 text{O}_3 が大きな格子エネルギーを持っていると考えられます。 ” height=”15″ width=”40″ style=”vertical-align: 0px”>は非常に効果的な日焼け止めです。 \{ZnO} の格子エネルギーはどうでしょう。 は の \{NaCl} と比べても同じです。 ?

Answer:
\text{ZnO}? <img src=の方が格子エネルギーが大きいでしょう。 ” height=”15″ width=”40″ style=”vertical-align: 0px”> の方が大きく、 \{ZnO} のイオン間距離も大きい。 <3264は<img src=

KEY TAKEAWAYS

共有結合の強さは結合解離エネルギー、つまり分子 1 モルの中でその特定の結合を壊すのに必要なエネルギー量で測られます。 同じ原子間では単結合より多重結合の方が強い。 反応のエンタルピーは、結合を切断するのに必要なエネルギー入力と、新しい結合が形成されるときに放出されるエネルギーに基づいて推定することができる。 イオン結合の場合、格子エネルギーは1モルの化合物を気相のイオンに分離するのに必要なエネルギーである。 格子エネルギーは、電荷が高く、イオン間の距離が短いイオンほど大きくなる。

  • 二原子分子の結合エネルギー。 \text{XY} (g) \longrightarrow (g) + \text{Y} (g) (g) \Delta H^{circ}_text{X-Y} = \Delta H^{circ}.
  • エンタルピーの変化。 Tenta H = \Sigma \text{D}_text{bonds broken} - \Sigma \text{D}_text{bonds formed}.
  • 固体MXの格子エネルギー。 \text{MX} (s) \longrightarrow \text{M}^{n+} (g) + \text{X}^{n-} (g) ⑭H_text{lattice}＜7296>＜526＞イオン性結晶の格子エネルギー。 Tenta H_text{lattice} = \frac{ \text{C(Z}^+̮ text{)(Z}^-) }{ \text{R}_circ }

END OF CHAPTER EXERCISES

  1. 以下の各組の結合で一番強いのはどの結合か？ (a) ⑭テキスト{C-C｝ または \{C=C}. (b) \text{C-N}. または \text{C}. {equiv} \text{N} (c) \text{C}. {equiv} \text{O} または \{C=O}. (d) \text{H-F}. または \{H-Cl}. (e) \text{C-H}. または \{O-H}. (f) \{C-N}. or \text{C-O}.
  2. 表中の結合エネルギーを用いて、次の各反応のエンタルピー変化の概算を求めよ。 (a) \text{H}_2 (g) + \text{Br}_2 (g) \longrightarrow \text{2HBr｝ (g) (b) \text{CH}_4 (g) + \text{I}_2(g) \longrightarrow \text{CH}_3 text{I} (g) + \text{HI} (g) (c) \text{C}_2text{H}_4 (g) + \text{3O}_2 (g) \longrightarrow \text{2CO}_2 (g) + \text{2H}_2 text{O} (g)
    (a)-114 kJ;(b)30 kJ;(c)-1055 kJ
  3. 表の結合エネルギーを使って、次の各反応のエンタルピー変化の概算を求めよ。 (a) \text{Cl}_2 (g) + \text{3F}_2 (g) \longrightarrow \text{2ClF}_3 (g) (b) \text{H}_2text{C} = \text{CH}_2 (g) + \text{H}_2 (g) \longrightarrow \text{H}._3\text{CCH}_3 (g) (c) \text{2C}_2 text{H}_6 (g) + \text{7O}_2 (g) \longrightarrow \text{4CO}_2 (g) + \text{6H}_2 text{O} (g)
  4. HとClの原子の距離を変えた系のエネルギーを表す曲線を描け。 次に、この曲線のエネルギーの最小値を2通り求めよ。 (a) 表にある結合エネルギーを使って、1つの \{HCl}のエネルギーを計算せよ。 ヒント：1モルには何個の結合があるか）(b) 反応エンタルピーとH2、Cl2の結合エネルギーを使って、1モルの<img src=の結合エネルギーが求められる。 ” height=”17″ width=”37″ style=”vertical-align: -1px”> 結合。
    \text{H}_2 (g) + \text{Cl}_2 (g) \rightleftharpoons \text{2HCl｝

    なぜ原子が無限に接近するのではなく、特定の平均結合距離で結合が起こるのか説明しなさい。

    特定の平均結合距離は、最もエネルギーの低い距離である。
  5. 分子が2つの異なる構造を形成できるとき、通常は結合の強い構造がより安定な形態となる。 結合エネルギーを使って、ヒドロキシルアミン分子の正しい構造を予測せよ：2つのルイス構造を単語で示す
    結合エネルギーの大きい方が左の図である。
  6. \{HCl} の結合エネルギーはどのようになるのでしょうか。 (g) は、 \{HCl} の標準生成エンタルピーと異なる。 (g) ?
  7. 付録Gの標準生成エンタルピーデータを用いて、 \{HCl} の標準生成エンタルピーがどのようなものであるかを示せ。 2701> <table style=
    \text{HCl} (g) は結合エネルギーを求めるのに使える。 (g) \frac{1}{2}Text{H}_2 (g) + \frac{1}{2}Text{Cl}_2 (g)” height=”26″ width=”269″ style=”vertical-align: -7px”> Delta H_1^{Circ} = -。\ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ (g) ◇Delta H_2^{circ} = \Delta H_{text{f}^{circ} ◇frac{1}{2} ◇text{Cl}_2 (g) \longrightarrow ◇text{Cl｝ (g) \Delta H_3^{circ} = \Delta H_{text{f}^{circ} \text{HCl} (g) \longrightarrow \text{H} (g) + \text{Cl} (g) Delta H_{298}^{circ} = \Delta H_1^{circ}. + \Delta H_2^{circ} + \Delta H_3^{circ} D_text{HCl} = \Delta H_{298}^{circ} = \Delta H_{text}^{circ} D_text} = \Delta H_{f}{H}^{circ} D_text}

    \{= -(-92.307 kJ) + 217.97 kJ + 121.3 kJ} となる。

    \{= 431.6 kJ}

  • Appendix Gの標準生成エンタルピーデータを用いて、 \{CS}_2 における炭素硫黄2重結合の結合エネルギーを算出しなさい。
  • 付録Gの標準生成エンタルピーデータを用いて、 \text{SF}_4 (g) と \text{SF}_6 (g) のS-F結合のどちらが強いか判断しなさい。
    \text{SF}_4 のS-F結合が強い。
  • 付録Gの標準生成エンタルピーデータを使って、 \text{PCl}_3 (g) のP-Cl結合と \text{PCl}_5 (g) のどちらの結合が強いか判断してくれ？
  • 次のルイス構造を結合（原子ではなく）を加えて完成させ、最も長い結合を示せ：
    結合がないルイス構造が示されている。 これは6つの炭素原子の水平方向の列を等間隔で示しています。 最初の炭素の周りに3つの水素原子、2番目の炭素の周りに2つ、5番目の炭素の上に1つ、6番目の炭素のそばに2つの水素原子が描かれている。
    あるルイス構造が示されている。 3つの水素原子に単結合している炭素原子は、2番目の炭素原子に結合している。 2番目の炭素原子は、2つの水素原子に単結合している。 2番目の炭素原子は、4番目の炭素原子に3重結合し、5番目の炭素原子に単結合している3番目の炭素原子に単結合している。 5番目の炭素原子は水素原子に単結合し、2つの水素原子に単結合している6番目の炭素原子に二重結合している。C-C単結合が最も長い。
  • 結合エネルギーを用いて、次の反応におけるΔHのおおよその値を計算しなさい。 \{FNO}_2 のどちらがより安定な形か。2つのルイス構造が右向きの矢印を間に置いて示されている。 左の構造は、窒素原子が酸素原子に2つの孤立電子で二重結合している。 また、フッ素原子と別の酸素原子にも結合しており、それぞれ3個の孤立電子を持つ。 右の構造は、2個の孤立電子を持つ酸素原子が、1個の孤立電子を持つ窒素原子に二重結合しているものです。 この窒素原子は、2個の孤立電子を持つ酸素と単結合している。 (a) Ca原子の半径は197pmであり、 \text{Ca}^{2+} イオンの半径は99pmである。 その差を説明せよ。 (b) \text{CaO} の格子エネルギーは0． (s) の格子エネルギーは -3460 kJ/mol; \text{K}_2 text{O} の格子エネルギーは は-2240 kJ/molである。 この差を説明せよ。 (c)これらの電離値が与えられたとき、CaとKの第1、第2電離エネルギーの違いを説明せよ。
    元素 第1イオン化エネルギー（kJ/mol） 第2イオン化エネルギー（kJ/mol）
    K 419 3050
    Ca 590 1140

    (d) Mgの第1イオン化エネルギーは738kJ/mol、Alのそれは578kJ/molである。

    (a) 価電子殻から2個の電子が取り出されると、Caの半径は一番外側のエネルギー準位を失い、半径がずっと小さいn=3準位に戻ります。(b) カルシウムの+2電荷はKと比較して酸素をずっと近くに引き寄せるので、より荷電しないイオンに対して格子エネルギーを増大させることになるのです。

    (c) Caの4s電子の除去は、Kの4s電子の除去よりも、原子核の引力が強く、電子の対を崩すのに余分なエネルギーが必要なため、より多くのエネルギーを必要とする。 Kの2番目のイオン化エネルギーは、電子に対する原子核の引力がより強い、より低いエネルギー準位から電子を取り出す必要があります。 さらに、完全軌道にある2個の電子のペアリングを解除するためのエネルギーも必要です。 Caの場合、第二イオン化ポテンシャルでは、露出した外側のエネルギー準位の孤立電子のみを取り除く必要があります。

    (d) Alの場合、取り除かれた電子は比較的無防備でp軌道で対をなしていません。 2035>

  • 次の物質のうち、1モルの固体を別々のイオンに変換するのに必要なエネルギーが最も少ないものはどれか。 (a) \{MgO}. (b) \{SrO}. (c) \text{KF}.. (d) \text{CsF}.. (e) \{MgF}_2
    (d)
  • 金属 \{M} と反応させること。 とハロゲン \text{X}_2 はこの式で示されるように発熱反応によって進行します。 \text{M} (s) + \text{X}_2 (g) ⑬⑭text{MX}_2 (s) . 次の各項目について、どの選択肢が反応をより発熱的にするか示しなさい。 また、その答えを説明しなさい。 (a) 半径が大きい場合と小さい場合 \text{M}^{+2} の場合。 (c) ハロゲンの結合エネルギーの増加 (d) ハロゲンの電子親和力の減少 (e) ハロゲンが形成するアニオンのサイズの増加
  • \text{LiF} の格子エネルギーは、(a) ハロゲンの結合エネルギーの増加 (b) 電子親和力の減少。 は1023 kJ/molで、Li-F距離は201 pmである。 \text{MgO} ←クリックすると拡大します。 \text{LiF} と同じ構造で結晶化する。 だが、Mg-Oの距離は205pmである。 \text{MgO} の格子エネルギーに最も近い値はどれでしょう。 ：256 kJ/mol, 512 kJ/mol, 1023 kJ/mol, 2046 kJ/mol, または 4008 kJ/mol?
    4008 kJ/mol; \{MgO} のイオンは両方とも、

    と \{LiF} のイオンの2倍の電荷を持っています。 ; 結合長が非常に似ており、どちらも同じ構造を持っています。格子エネルギーの式
  • から、エネルギーが4倍になることが予想されます。次の各組のうち、どちらの化合物の格子エネルギーが大きいでしょうか。 注： \{Mg}^{2+} と \{Li}^+ は半径が似ている、 \{O}^{2-} は半径が小さい。 と \{F}^- は似たような半径を持っている。 選択肢を説明しなさい。 (a) \{MgO} の場合。 または \{MgSe} 。 (b) \{LiF}. or \{MgO}. (c) \text{Li}_2text{O}. or \{LiCl}. (d) \{Li}_2text{Se}. or \{MgO}.
  • 次の各組のうち、格子エネルギーが大きいのはどの化合物でしょうか？ 注： \text{Ba}^{2+} と \text{K}^+ は半径が似ており、 \text{S}^{2-} は半径が小さい。 と \{Cl}^- は同じ半径である。 選択肢を説明しなさい。 (a) \text{K}_2 text{O} または \{Na}_2text{O}. (b) \text{K}_2 text{S} or \text{BaS}. (c) \{KCl}. or \text{BaS}. (d) \text{BaS}. or \text{BaCl}_2
    (a) \text{Na}_2text{O} ; \text{Na}^+ は \text{K}^+ より半径が小さい; (b) \text{BaS} 。 ; \text{Ba}.. は \text{K} よりも大きな電荷を持つ; (c) \text{BaS} 。 ; \text{Ba} および \text{S} はより大きな電荷を持つ； (d) \text{BaS} ; \text{S} は電荷が大きい
  • 次の化合物のうち、固体1モルを別々のイオンに変換するのに最もエネルギーを要するものはどれか。 (a) ⑭テキスト｛MgO｝。 (b) \{SrO}. (c) \text{KF} (d) \text{CsF} (e) \text{MgF}_2
  • 次の化合物のうち、固体1モルを別々のイオンに変換するのに最もエネルギーを必要とするものはどれか。 (a) \text{K}_2text{S} (b) \text{K}_2text{O｝ (c) \text{CaS}. (d) \text{Cs}_2text{S} (e) \text{CaO}.
    (e)

    • Footnotes

    • 1 この問題は化学上級試験から取られ、教育テストサービスの許可の下で使用されています。

    用語集

    結合エネルギー（とも。 結合解離エネルギー） 気体中の共有結合を切断するのに必要なエネルギー 格子エネルギー（ΔHlattice） 1モルのイオン性固体をその構成要素に分離するのに必要なエネルギー 気体イオン

    イオン性固体1モルをその成分に分離するのに要するエネルギー 気体イオン

    I

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