📚 கற்றல் முதன்மை க.பொ.த. (சா/த) க.பொ.த. (உ/த) பிற 🌐 English உள்நுழைய
பாடங்கள் · அலகு 2 · அயன் பிணைப்பு

அயன் பிணைப்பும் சாலகச் சக்தியும்

முழுமையான பார்வை — அயன் பிணைப்பு (Ionic Bonding) ஏன் முக்கியம்?

சமையல் உப்பு (NaCl), சுண்ணாம்பு, பல கனிமங்கள் ஆகியன அயன் பிணைப்பால் (ionic bond) கட்டமைக்கப்பட்ட சேர்வைகளாகும். ஒரு மூலகத்தின் அணு தனது வலுவளவு இலத்திரன்களை முற்றாக இழந்து உறுதியான அட்டம அமைப்பை அடையக்கூடியதாகவும், மற்றொரு மூலகத்தின் அணு அவ்விலத்திரன்களை ஏற்று அதேபோல் அட்டம அமைப்பை அடையக்கூடியதாகவும் இருக்கும்போது, இலத்திரன்கள் ஒரு திசையில் முற்றாக இடமாற்றப்படுகின்றன. இதன் விளைவாக உருவாகும் எதிரெதிர் ஏற்றமுடைய அயன்களுக்கிடையிலான நிலைமின் கவர்ச்சியே அயன் பிணைப்பு எனப்படுகின்றது. இவ்வாறு உருவாகும் அயன் சேர்வைகள் ஏன் உயர் உருகுநிலை கொண்டுள்ளன, ஏன் திண்ம நிலையில் மின்னைக் கடத்துவதில்லை, ஆனால் உருகிய நிலையில் கடத்துகின்றன, ஏன் நீரில் கரைகின்றன என்பன அனைத்தும் இப்பிணைப்பின் தன்மையிலிருந்தும் படிகச் சாலகக் (crystal lattice) கட்டமைப்பிலிருந்தும் நேரடியாகப் பெறப்படுகின்றன.

இலத்திரன் இடமாற்றத்தினால் அயன் பிணைப்பு உருவாதல்

அயன் பிணைப்பு — இலத்திரன் இடமாற்றம்
Ionic bonding — electron transfer
Wikipedia → · CC

அயன் பிணைப்பின் உருவாக்கம் இலத்திரன் இடமாற்றத்தை (electron transfer) அடிப்படையாகக் கொண்டது. குறைந்த அயனாக்கற் சக்தி கொண்ட ஓர் உலோக அணு தனது வலுவளவு இலத்திரன்களை இழந்து கற்றயனாக (cation) மாறுகின்றது; உயர் மின்னெதிர்த் தன்மை (electronegativity) கொண்ட ஓர் அலோக அணு அவ்விலத்திரன்களை ஏற்று அனயனாக (anion) மாறுகின்றது. இவ்வாறு இலத்திரன்கள் இடமாற்றப்படுவதற்கான இயக்கி, இரு அணுக்களுமே அட்டமம் (octet) எனப்படும் உறுதியான இலத்திரன் நிலையமைப்பை அடைய முற்படுவதே ஆகும்.

சோடியம் குளோரைட்டின் (NaCl) உருவாக்கத்தை உதாரணமாகக் கருதலாம். சோடியம் அணுவின் வலுவளவு ஓட்டில் ஓர் இலத்திரன் மட்டுமே உள்ளது; அதனை இழப்பதன் மூலம் சோடியம் Na+ கற்றயனாக மாறி நியோனின் அட்டம அமைப்பை அடைகின்றது. குளோரின் அணுவின் வலுவளவு ஓட்டில் ஏழு இலத்திரன்கள் உள்ளன; ஓர் இலத்திரனை ஏற்பதன் மூலம் குளோரின் Cl− அனயனாக மாறி ஆர்கனின் அட்டம அமைப்பை அடைகின்றது. இவ்வாறு உருவான Na+ உம் Cl− உம் எதிரெதிர் ஏற்றத்தைக் கொண்டிருப்பதால் அவை நிலைமின் கவர்ச்சியால் இறுக்கமாகக் கவரப்படுகின்றன.

Neutral atoms Na 1 valence e⁻ Cl 7 valence e⁻ 1 e⁻ transfer Ions formed Na + [Ne] config Cl – octet · [Ar] config Na · + · Cl : → Na⁺ + [ Cl ]⁻ — electrostatic attraction forms the ionic bond
Na அணுவிலிருந்து Cl அணுவுக்கு ஓர் இலத்திரன் இடமாற்றப்பட்டு Na⁺ மற்றும் Cl⁻ உருவாதல் — லூயியின் புள்ளிக்கோட்டுக் கட்டமைப்பு

படிகச் சாலகமும் ஒருங்கிணைப்பு எண்ணும்

NaCl படிகச் சாலக அமைப்பு
NaCl crystal lattice (3D)
Wikipedia → · CC

ஒரு திண்ம அயன் சேர்வையில் கற்றயன்களும் அனயன்களும் தனித்த "மூலக்கூறுகளாக" அமைவதில்லை; மாறாக, அவை முப்பரிமாணத்தில் ஒழுங்கான ஒரு மீள்திறன் அமைப்பில் அடுக்கப்பட்டு படிகச் சாலகம் எனப்படும் கட்டமைப்பை உருவாக்குகின்றன. இச்சாலகத்தில் ஒவ்வொரு கற்றயனும் குறித்த எண்ணிக்கையான அனயன்களால் சூழப்பட்டிருக்கும்; அதேபோல் ஒவ்வொரு அனயனும் குறித்த எண்ணிக்கையான கற்றயன்களால் சூழப்பட்டிருக்கும்.

ஒரு குறித்த அயனை அதன் அண்மையில் சூழ்ந்துள்ள எதிர் ஏற்றமுடைய அயன்களின் எண்ணிக்கையே அவ்வயனின் ஒருங்கிணைப்பு எண் (coordination number) எனப்படுகின்றது. NaCl படிகச் சாலகத்தில் ஒவ்வொரு Na+ அயனும் ஆறு Cl− அயன்களாலும், ஒவ்வொரு Cl− அயனும் ஆறு Na+ அயன்களாலும் சூழப்பட்டிருக்கின்றன; எனவே NaCl இன் ஒருங்கிணைப்பு எண் 6:6 ஆகும். அயன்களின் ஒப்பீட்டு அளவுகளும் ஏற்றங்களும் சாலகத்தின் வடிவத்தையும் ஒருங்கிணைப்பு எண்ணையும் தீர்மானிக்கின்றன.

Cl⁻ Na⁺ Cl⁻ Na⁺ Cl⁻ Na⁺ Cl⁻ (larger anion) Na⁺ (smaller cation) Rock-salt lattice — each ion surrounded by 6 opposite ions (6 : 6 coordination)
NaCl சாலகக் கட்டமைப்பு

சாலகச் சக்தி

ஒரு வாயு நிலையிலுள்ள கற்றயன்களும் அனயன்களும் ஒன்று சேர்ந்து ஒரு மோல் திண்ம அயன் படிகச் சாலகத்தை உருவாக்கும்போது வெளியேற்றப்படும் சக்தியே சாலகச் சக்தி (lattice energy) எனப்படுகின்றது. இது சாலகம் உருவாகும்போது சக்தி வெளியேற்றப்படுவதால் வெப்பவெளியீட்டு ஒரு கணியமாக அமைகின்றது.

Na+(g) + Cl−(g) → NaCl(s)

சாலகச் சக்தியின் பருமன் (magnitude) அயன் பிணைப்பின் வன்மையின் ஒரு நேரடி அளவீடாகும். சாலகச் சக்தியின் பெறுமானம் பெரியதாக இருப்பின் அயன் பிணைப்பு வலுவானது என்பதையும், சேர்வையின் உருகுநிலை உயர்வாக இருக்கும் என்பதையும் அது குறிக்கின்றது. சாலகச் சக்தியின் பருமனைப் பாதிக்கும் முதன்மையான இரு காரணிகள் பின்வருமாறு:

சேர்வைஅயன்களின் ஏற்றம்சாலகச் சக்தியின் போக்கு
NaCl+1, −1ஒப்பீட்டளவில் குறைவு
MgO+2, −2மிக உயர்வு (அதிக ஏற்றம், சிறிய அயன்)
NaF+1, −1NaCl ஐ விடச் சற்று கூடுதல் (F⁻ சிறியது)
Lattice energy NaCl +1 / –1, large ions low NaF +1 / –1, F⁻ smaller higher MgO +2 / –2, small ions very high higher charge ↑ smaller radius ↑ Lattice energy rises with greater ionic charge and smaller ionic radius
சாலகச் சக்தியைப் பாதிக்கும் காரணிகள் — ஏற்றம் கூட / அயன் ஆரை குறைய சக்தி அதிகரிக்கும் சக்தி வரிவடிவம்

சாலகச் சக்தியை சோதனை மூலம் நேரடியாக அளவிட முடியாது; எனவே அதன் பெறுமானம் பர்ன்-ஹேபர் வட்டத்தின் (Born-Haber cycle) உதவியுடன் மறைமுகமாகக் கணிக்கப்படுகின்றது. இக்கணிப்பு முறையும் ஹெஸ் விதியின் (Hess law) பயன்பாடும் அலகு 5 (வெப்ப இரசாயனவியல்) இல் விரிவாகக் கற்கப்படும்.

அயன் சேர்வைகளின் பண்புகள் — ஒவ்வொன்றுக்கும் காரணத்துடன்

NaCl அயன் பிணைப்பு
NaCl ionic bonds
Wikipedia → · CC

அயன் சேர்வைகளின் இயற்பியற் பண்புகள் அனைத்தும் வலுவான நிலைமின் கவர்ச்சியிலிருந்தும் படிகச் சாலகக் கட்டமைப்பிலிருந்தும் நேரடியாகப் பெறப்படுகின்றன.

பண்புவிளக்கமும் காரணமும்
உயர் உருகுநிலை / கொதிநிலைபடிகச் சாலகம் முழுவதிலும் அயன்கள் வலுவான நிலைமின் கவர்ச்சியால் இறுக்கப்பட்டிருப்பதால், அவற்றை வேறுபடுத்த அதிக வெப்பச் சக்தி தேவைப்படுகின்றது. எனவே அயன் சேர்வைகள் உயர் உருகுநிலையையும் கொதிநிலையையும் கொண்டுள்ளன.
திண்ம நிலையில் மின்கடத்தாமைதிண்ம நிலையில் அயன்கள் சாலகத்தில் நிலையான இடத்தில் இறுக்கப்பட்டிருந்து சுதந்திரமாக நகர முடியாததால், ஏற்றத்தைச் சுமந்து செல்லும் கடத்திகள் இல்லை; எனவே திண்ம நிலையில் மின்னைக் கடத்துவதில்லை.
உருகிய / கரைந்த நிலையில் மின்கடத்தல்சேர்வை உருகும்போது அல்லது நீரில் கரையும்போது அயன்கள் சாலகத்திலிருந்து விடுவிக்கப்பட்டுச் சுதந்திரமாக நகரக்கூடியவையாகின்றன; இந்நகரும் அயன்களே ஏற்றத்தைச் சுமந்து செல்வதால் மின்னைக் கடத்துகின்றன.
நொறுங்கும் தன்மைஅயன் படிகத்தின் மீது விசை செலுத்தப்படும்போது அயன் அடுக்குகள் ஒன்றின் மீது ஒன்று நகர்ந்து, ஒரே ஏற்றமுடைய அயன்கள் எதிரெதிரே அமைகின்றன; இவற்றுக்கிடையில் ஏற்படும் தள்ளுகை சாலகத்தைப் பிளந்துவிடுவதால் அயன் படிகங்கள் கடினமாக இருப்பினும் நொறுங்கும் தன்மை கொண்டவையாக உள்ளன.
நீரில் கரைதிறன்முனைவுத் தன்மையுடைய நீர் மூலக்கூறுகள் சாலகத்திலுள்ள அயன்களைச் சூழ்ந்து அயன்-இருமுனைவு இடைத்தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகின்றன; இவ்விடைத்தாக்கத்தால் வெளியேற்றப்படும் சக்தி சாலகச் சக்தியை ஈடுசெய்யப் போதுமானதாக இருப்பின் சேர்வை நீரில் கரைகின்றது.
Before force + – + – – + – + + and – aligned: attraction (stable) force After layer shifts + – + – – + – + like charges repel crystal splits A force shifts one layer → like charges meet → repulsion cleaves the crystal → ionic crystals are hard but brittle
அயன் படிகம் நொறுங்குதல் — விசை செலுத்தப்படும்போது ஒரே ஏற்றமுடைய அடுக்குகள் தள்ளுகையால் பிளவுபடுதல்

தேர்வாளர் பார்வை

சாலகச் சக்தியை ஒப்பிடச் சொல்லும் வினாக்கள் தேர்வில் மிகப் பொதுவானவை; இங்கு மாணவர்கள் ஏற்றத்தையும் அயன் அளவையும் ஒருசேரக் கருதத் தவறக் கூடாது. பொதுவாக ஏற்றத்தின் தாக்கம் அயன் அளவின் தாக்கத்தை விட வலுவானது; எனவே MgO ஆனது NaCl ஐ விட மிக அதிக சாலகச் சக்தியைக் கொண்டுள்ளது. மின்கடத்தல் பற்றிய வினாவில் "திண்ம நிலையில் கடத்தாது, ஆனால் உருகிய அல்லது கரைந்த நிலையில் கடத்தும்" என்பதற்கான காரணத்தை — அயன்கள் நகரக்கூடியவையாதல் — தெளிவாக எழுதுதல் வேண்டும்; வெறுமனே "அயன்கள் உள்ளன" எனக் கூறுவது போதாது. நொறுங்கும் தன்மைக்குரிய காரணம் ஒரே ஏற்றமுடைய அயன்களுக்கிடையிலான தள்ளுகை என்பதையும், பர்ன்-ஹேபர் வட்டம் தொடர்பான கணிப்புகள் அலகு 5 இல் வினவப்படும் என்பதையும் கருத்திற்கொள்க.

🌐 விளக்க படம் / Explanatory Diagram
Ionic bonding
அயன் பிணைப்பு
Ionic bonding
Credit: Wikimedia Commons  · CC BY-SA 4.0
📖 மேலதிக தகவல் / More on Wikipedia →

📝 பயிற்சி வினாக்கள்

பகுதி I — பல்தேர்வு வினாக்கள்

  1. அயன் பிணைப்பு உருவாகும் முறை:

    1. இலத்திரன் பகிர்தல்
    2. இலத்திரன் இடமாற்றம்
    3. இலத்திரன் இடப்பெயர்வு
    4. ஈதல்
    5. எதுவுமில்லை
    விடை
    (2) — உலோகம் → அலோகத்திற்கு இலத்திரன் இடமாற்றம்.

  2. சாலகச் சக்தி (lattice energy) கூடுவது:

    1. அயன் ஆரை ↑
    2. அயன் ஏற்றம் ↑
    3. திணிவு ↑
    4. வெப்பநிலை ↑
    5. அழுத்தம் ↑
    விடை
    (2) — ஏற்றம் ↑, ஆரை ↓ → சாலகச் சக்தி ↑. MgO ≫ NaCl.

  3. அயன் சேர்வைகள் மின்னோட்டத்தைக் கடத்துவது:

    1. திண்மமாக
    2. உருகிய/கரைந்த நிலையில்
    3. எப்போதும்
    4. ஒருபோதும்
    5. வாயுவாக
    விடை
    (2) — அயன்கள் நகரக்கூடிய உருகிய/கரைசல் நிலையில்.

  4. அயன் படிகங்களின் உருகுநிலை பொதுவாக:

    1. மிகக் குறைவு
    2. உயர்வு
    3. பூச்சியம்
    4. மாறும்
    5. வாயு நிலை
    விடை
    (2) — வலுவான அயன் ஈர்ப்பு → உயர் உருகுநிலை.

  5. மிக உயர்ந்த சாலகச் சக்தியுடையது:

    1. NaCl
    2. KCl
    3. MgO
    4. KBr
    5. CsI
    விடை
    (3) — MgO — +2/−2 ஏற்றம், சிறிய அயன்கள்.

  6. NaCl படிகத்தின் ஒருங்கிணைப்பு எண் (coordination number):

    1. 4
    2. 6
    3. 8
    4. 12
    5. 2
    விடை
    (2) — NaCl இல் ஒவ்வோர் அயனும் 6 எதிரயன்களால் சூழப்பட்டுள்ளது.

பகுதி II — கட்டமைப்பு வினா

• அயன் சேர்வைகளின் இரு பண்புகளையும் அவற்றுக்கான காரணத்தையும் தருக.

மாதிரி விடை
(i) உயர் உருகுநிலை — வலுவான அயன் ஈர்ப்பு. (ii) உருகிய/கரைசலில் மட்டுமே கடத்தும் — நகரும் அயன்கள் தேவை.

• சாலகச் சக்தியை பாதிக்கும் இரு காரணிகளை எடுத்துக்காட்டுடன் விளக்குக.

மாதிரி விடை
அயன் ஏற்றம் (↑→சக்தி↑) மற்றும் அயன் ஆரை (↓→சக்தி↑). MgO > NaCl.

கட்டுரை வினா

• அயன் பிணைப்பின் உருவாக்கம், சாலகச் சக்தி, படிக அமைப்பு, பண்புகளை விளக்கி எழுதுக.

விடை வரைவு
வரைவு: உலோகம்→அலோக இலத்திரன் இடமாற்றம்; சாலகச் சக்தி ∝ ஏற்றம்/ஆரை; படிகம் (NaCl 6:6); பண்பு—உயர் உருகுநிலை, உடையும், உருகி/கரைசலில் கடத்தும்.
← அலகு 2