تکنیک طلایی محاسبه انرژی هیبریداسیون اوربیتال ها – معلم المپیاد شیمی

فرمول های جادویی و تکنیک های طلایی المپیاد شیمی

دکتر مهدی نباتی – بهترین استاد تدریس خصوصی المپیاد شیمی ایران

معلم المپیاد شیمی معلم خصوصی المپیاد شیمی تدریس خصوصی المپیاد شیمی تدریس خصوصی شیمی المپیاد معلم خصوصی شیمی المپیاد هزینه تدریس خصوصی المپیاد شیمی

دانش آموزان المپیادی عزیزم، همان طور که در کلاس ها و مقالات آموزشی بارها گفته ام که درست است که در آزمون های مرحله اول و دوم المپیاد شیمی ایران، بلد بودن فرمول های میان بر خیلی کار را راه می اندازد ولی این به این معنی نیست که باید از مفاهیم غافل شویم و فقط متکی به فرمول ها شویم. خیلی از اوقات اصلا نیازی نیست که فرمولی را حفظ کنیم، فقط کافی است که آنقدر به مفاهیم پایه ای شیمی مسلط باشیم که بتوانیم از این مفاهیم به صورت تکنیکی در حل مسائل استفاده کنیم. لذا در این مقاله می خواهم یک تکنیک طلایی را در مورد هیبریداسیون اوربیتال های اتمی آموزش دهم که صرفا با سوار بودن بر روی مفاهیم می توان مسائل این مبحث را به سادگی حل کرد.

 

انرژی هیبرید شدن

بی شمار هیبریداسیون اوربیتال های اتمی وجود دارد ولی تعداد هیبریداسیون های ایده آل ۸تا می باشد. هیبریداسیون ایده آل اوربیتال های اتمی شامل sp و sp² و d³s و sp³ و dsp² و sp³d و sp³d² و sp³d³ می باشد.

برای تعیین انرژی هر کدام از این هیبریداسیون ها کافی است که میانگین انرژی اوربیتال های اتمی شرکت کننده در هیبریداسیون را محاسبه کنیم. و برای تعیین انرژی حالت هیبرید شدن، کافی است انرژی حالت برانگیخته را از انرژی لازم برای هیبریداسیون کم کنیم.

 

برای مثال انرژی هیبرید شدن هیبریداسیون sp (یعنی پیوندهای خطی) برابر است با:

E_sp = (E_s + E_p)/2

E_ex = nE_s + nE_p

E_hy = nE_sp – E_ex

n نشان دهنده تعداد الکترون های شرکت کننده در هر نوع اوربیتالی (معمولی یا هیبرید شده) می باشد.

 

تست تالیفی المپیاد شیمی

با توجه به اینکه انرژی اوربیتال های اتمی s و p اتم کربن به ترتیب برابر با ۴۴۸٫۷- و ۲۴۵٫۸- کیلوکالری بر مول می باشد، انرژی هیبریداسیون اوربیتال های اتمی اتم کربن  در متان چقدر است؟

الف: ۲۹۶٫۵-

ب: ۰

ج: ۲۹۶٫۵

د: ۲۸۳٫۸-

 

پاسخ:

با توجه به اینکه هیبریداسیون اتم کربن در متان sp³ می باشد، بنابراین:

E_s = -448.7 × ۱ = -۴۴۸٫۷ kcal/mol

E_3p = -245.8 × ۳ = -۷۳۷٫۴ kcal/mol

E_sp3 = (-448.7 – 737.4)/4 = -296.5 kcal/mol

 

انرژی لازم برای الکترون ها در حالت برانگیخته:

E_ex = -448.7 – 737.4 = -1186.1 kcal/mol

 

چون اتم کربن ۴ الکترون ظرفیتی دارد، بنابراین انرژی لازم برای الکترون ها در اوربیتال های هیبریدی:

nE_sp3 = -296.5 × ۴ = -۱۱۸۶٫۱ kcal/mol

 

انرژی هیبرید شدن هم از اختلاف انرژی الکترون ها در حالت های هیبریدی و برانگیخته به دست می آید:

E_hy =-1186.1 + 1186.1 = 0 kcal/mol

 

گزینه صحیح:

با توجه به تحلیل ها و محاسبات انجام شده، گزینه ب پاسخ صحیح می باشد.

 

دکتر مهدی نباتی

استاد المپیاد شیمی ایران

 

استاد المپیاد شیمی تهران مشهد اصفهان کرج تبریز شیراز اهواز قم کرمانشاه ارومیه رشت زاهدان کرمان اراک همدان یزد اردبیل بندرعباس اسلامشهر زنجان قزوین سنندج خرم آباد گرگان ساری ملارد قدس کاشان گلستان شهریار دزفول خمینی شهر بروجرد نیشابور سبزوار نجف آباد آمل بابل ورامین آبادان پاکدشت خوی ساوه بجنورد قائم شهر بوشهر قرچک سیرجان بیرجند ایلام

تدریس خصوصی حضوری و آنلاین المپیاد شیمی ایران

مراغه ملایر بوکان شهرکرد نسیم شهر بندر ماهشهر سمنان رفسنجان مهاباد گنبد کاووس شاهین شهر شاهرود سقز مرودشت زابل تربت حیدریه خرمشهر اندیمشک مرند شهرضا