📚 கற்றல் முதன்மை க.பொ.த. (சா/த) க.பொ.த. (உ/த) பிற 🌐 English உள்நுழைய
பாடங்கள் · அலகு 5 · பிணைப்பு வலு / பிணைப்பு வெப்பவுள்ளுறை

பிணைப்பு வலு / பிணைப்பு வெப்பவுள்ளுறை

முழுமையான பார்வை — ஒரு இரசாயனத் தாக்கம் ஏன் வெப்பத்தை வெளியிடுகிறது அல்லது உறிஞ்சுகிறது?

சகப்பிணைப்பு — ஐதரசன் மூலக்கூறு
Covalent bond in hydrogen molecule
Wikipedia → · CC

ஒவ்வொரு இரசாயனத் தாக்கத்திலும் (chemical reaction) இரண்டு செயல்கள் ஒருசேர நிகழ்கின்றன. தாக்கிகளில் (reactants) இருக்கும் பழைய பிணைப்புகள் (bonds) உடைக்கப்படுகின்றன; விளைவுகளில் (products) புதிய பிணைப்புகள் உருவாக்கப்படுகின்றன. ஒரு பிணைப்பை உடைப்பதற்குச் சக்தி வழங்கப்பட வேண்டும்; ஆகவே பிணைப்பு உடைதல் என்பது எப்பொழுதும் அகவெப்பச் (endothermic) செயன்முறையாகும். மாறாக, ஒரு புதிய பிணைப்பு உருவாகும்போது சக்தி வெளியிடப்படுகின்றது; ஆகவே பிணைப்பு உருவாதல் என்பது எப்பொழுதும் புறவெப்பச் (exothermic) செயன்முறையாகும்.

உடைக்கப்பட்ட பிணைப்புகளுக்காக உறிஞ்சப்பட்ட மொத்தச் சக்திக்கும், உருவான பிணைப்புகளால் வெளியிடப்பட்ட மொத்தச் சக்திக்கும் இடையிலான வேறுபாடே அந்தத் தாக்கத்தின் வெப்பவுள்ளுறை மாற்றமாகும் (enthalpy change, ΔH). உருவாகும் பிணைப்புகளால் வெளியிடப்படும் சக்தி அதிகமாக இருந்தால் தாக்கம் புறவெப்பமாகவும், உடைக்கப்படும் பிணைப்புகளுக்கு உறிஞ்சப்படும் சக்தி அதிகமாக இருந்தால் தாக்கம் அகவெப்பமாகவும் அமைகின்றது. இவ்வாறு பிணைப்பு வெப்பவுள்ளுறைகள் (bond enthalpies) தெரிந்திருந்தால் ஒரு தாக்கத்தின் ΔH-ஐ நேரடி அளவீடு இன்றியே கணிக்க முடியும்.

1. பிணைப்புப் பிரிகை வெப்பவுள்ளுறை என்றால் என்ன?

நியம நிலையில் வாயு நிலையில் உள்ள ஒரு மூல் சேர்வையில் ஒரு குறிப்பிட்ட வகைப் பிணைப்பு உடைந்து, நியம நிலையில் உள்ள வாயு நிலை அணுக்களாக அல்லது வாயு நிலைக் கூறுகளாகக் கூட்டறுப் பிரிகையடையும்போது ஏற்படும் வெப்பவுள்ளுறை மாற்றமே நியம பிணைப்புப் பிரிகை வெப்பவுள்ளுறை (standard bond dissociation enthalpy) எனப்படும். இது NIE பாடநூலில் வரையறுக்கப்பட்டுள்ள வடிவமாகும். பிணைப்பு உடைதல் சக்தியை உறிஞ்சும் செயன்முறையாக இருப்பதால், பிணைப்புப் பிரிகை வெப்பவுள்ளுறை எப்பொழுதும் நேர்ப் பெறுமானமுடையது.

ஒரு பிணைப்பின் வெப்பவுள்ளுறை அது அமைந்துள்ள மூலக்கூற்றுச் சூழலைப் (molecular environment) பொறுத்து சிறிது வேறுபடுகின்றது. உதாரணமாக மெதேன் (CH₄) மூலக்கூற்றில் உள்ள நான்கு C–H பிணைப்புகளும் ஒரே மாதிரியானவை என்றாலும், அவை ஒவ்வொன்றாக உடைக்கப்படும்போது வெவ்வேறு சக்திப் பெறுமானங்கள் தேவைப்படுகின்றன. NIE பாடநூல் இதைக் கீழ்வருமாறு காட்டுகின்றது:

CH₄(g) → CH₃(g) + H(g)    ΔH = +432 kJ mol⁻¹
CH₃(g) → CH₂(g) + H(g)    ΔH = +428 kJ mol⁻¹
CH₂(g) → CH(g) + H(g)     ΔH = +441 kJ mol⁻¹
CH(g) → C(g) + H(g)       ΔH = +344 kJ mol⁻¹

இந்த நான்கு பெறுமானங்களும் சமமாக இல்லாததால், ஒவ்வொரு தனிப்பட்ட நிகழ்விற்கும் தனியான பெறுமானத்தைப் பயன்படுத்துவது நடைமுறையில் கடினமாகும். ஆகவே இரசாயனவியலில் (chemistry) சராசரி பிணைப்பு வெப்பவுள்ளுறை (average bond enthalpy) பயன்படுத்தப்படுகின்றது. இது பல்வேறு மூலக்கூறுகளில் காணப்படும் ஒரே வகைப் பிணைப்பின் பிரிகைச் சக்திகளின் சராசரியாகும். மேலுள்ள CH₄ உதாரணத்தில், C–H பிணைப்பின் சராசரிப் பிரிகைச் சக்தி (432 + 428 + 441 + 344) ÷ 4 = 416.75 kJ mol⁻¹ ஆகக் கணிக்கப்படுகின்றது.

ΔH(தாக்கம்) = Σ(உடைக்கப்பட்ட பிணைப்புகளின் வெப்பவுள்ளுறை) − Σ(உருவான பிணைப்புகளின் வெப்பவுள்ளுறை)

இங்கு Σ என்பது கூட்டுத்தொகையைக் குறிக்கின்றது. முதலில் தாக்கிகளில் உடைக்கப்படும் எல்லாப் பிணைப்புகளினதும் வெப்பவுள்ளுறைகளைக் கூட்டவேண்டும்; பின்னர் விளைவுகளில் உருவாகும் எல்லாப் பிணைப்புகளினதும் வெப்பவுள்ளுறைகளைக் கூட்டவேண்டும். உடைதலுக்கான கூட்டுத்தொகையிலிருந்து உருவாதலுக்கான கூட்டுத்தொகையைக் கழித்தால் தாக்கத்தின் ΔH கிடைக்கின்றது.

Bonds Broken (absorb energy) vs Bonds Formed (release energy) Reaction: H₂ + Cl₂ → 2 HCl Bonds broken — energy IN (+) break 1 × H–H = +436 kJ break 1 × Cl–Cl = +242 kJ Σ broken = +678 kJ endothermic — energy absorbed from surroundings Bonds formed — energy OUT (−) form 2 × H–Cl = −862 kJ (2 × 431 kJ released) Σ formed = −862 kJ exothermic — energy released to surroundings ΔH = +678 + (−862) = −184 kJ mol⁻¹ (exothermic)
Energy profile: break bonds first, then form bonds H₂ + Cl₂ → 2 HCl enthalpy H reaction progress → H₂ + Cl₂ 2H + 2Cl (free atoms) 2 HCl Σ broken = +678 kJ Σ formed = −862 kJ ΔH = −184

பிணைப்புகளை உடைப்பது தொகுதியைச் சக்தி உச்சிக்கு உயர்த்துகின்றது; புதிய பிணைப்புகள் உருவாதல் அதைக் கீழிறக்குகின்றது. நிகர இறக்கமே ΔH ஆகும்.

2. பகுப்பு 1 — மெதேனின் தகன வெப்பவுள்ளுறை

பகுப்பு 1 — பிணைப்பு வெப்பவுள்ளுறைகளைப் பயன்படுத்தி மெதேனின் (CH₄) தகன ΔH-ஐக் கணிக்கவும். சராசரி பிணைப்பு வெப்பவுள்ளுறைகள் (kJ mol⁻¹): C–H = 413, O=O = 498, C=O = 805, O–H = 463.

தாக்கம்: CH₄(g) + 2 O₂(g) → CO₂(g) + 2 H₂O(g)

படி 1 — உடைக்கப்படும் பிணைப்புகள் (தாக்கிகள்):
4 × C–H = 4 × 413 = 1652 kJ
2 × O=O = 2 × 498 = 996 kJ
Σ(உடைக்கப்பட்டவை) = 1652 + 996 = +2648 kJ

படி 2 — உருவாகும் பிணைப்புகள் (விளைவுகள்):
2 × C=O = 2 × 805 = 1610 kJ
4 × O–H = 4 × 463 = 1852 kJ
Σ(உருவானவை) = 1610 + 1852 = 3462 kJ

படி 3 — ΔH கணித்தல்:
ΔH = Σ(உடைக்கப்பட்டவை) − Σ(உருவானவை)
ΔH = 2648 − 3462 = −814 kJ mol⁻¹

பெறப்பட்ட பெறுமானம் மறையாக இருப்பதால், மெதேனின் தகனம் ஒரு புறவெப்பத் தாக்கமாகும் என்பது உறுதியாகின்றது. கலோரிமானியால் (calorimeter) நேரடியாக அளக்கப்பட்ட பெறுமானம் சுமார் −890 kJ mol⁻¹ ஆகும்; சராசரிப் பிணைப்பு வெப்பவுள்ளுறைகள் பயன்படுத்தப்படுவதால் சிறிய வேறுபாடு ஏற்படுகின்றது.

3. பகுப்பு 2 — எத்தீனின் ஐதரசனேற்றம்

வினையூக்கி மேற்பரப்பில் ஐதரசனேற்றம்
Hydrogenation on a catalyst surface
Wikipedia → · CC

பகுப்பு 2 — பிணைப்பு வெப்பவுள்ளுறைகளைப் பயன்படுத்தி எத்தீன் (C₂H₄) எத்தேன் (C₂H₆) ஆக மாறும் ஐதரசனேற்றத் (hydrogenation) தாக்கத்தின் ΔH-ஐக் கணிக்கவும். சராசரி பிணைப்பு வெப்பவுள்ளுறைகள் (kJ mol⁻¹): C=C = 614, C–C = 347, C–H = 413, H–H = 436.

தாக்கம்: C₂H₄(g) + H₂(g) → C₂H₆(g)

படி 1 — உடைக்கப்படும் பிணைப்புகள்:
1 × C=C = 614 kJ
4 × C–H = 4 × 413 = 1652 kJ
1 × H–H = 436 kJ
Σ(உடைக்கப்பட்டவை) = 614 + 1652 + 436 = +2702 kJ

படி 2 — உருவாகும் பிணைப்புகள்:
1 × C–C = 347 kJ
6 × C–H = 6 × 413 = 2478 kJ
Σ(உருவானவை) = 347 + 2478 = 2825 kJ

படி 3 — ΔH கணித்தல்:
ΔH = 2702 − 2825 = −123 kJ mol⁻¹

இங்கு குறிப்பிட்டுணரத்தக்க ஒரு வழிமுறை உள்ளது. தாக்கியிலும் விளைவிலும் மாறாமல் இருக்கும் பிணைப்புகளை மட்டும் கருதி நேரடியாகவும் கணிக்கலாம் — உடைந்தது ஒரு C=C பிணைப்பும் ஒரு H–H பிணைப்பும்; உருவானது ஒரு C–C பிணைப்பும் இரண்டு கூடுதல் C–H பிணைப்புகளும். எனினும் பரீட்சையில் முழுச் சமன்பாட்டையும் எழுதி எல்லாப் பிணைப்புகளையும் எண்ணுவது குழப்பத்தைத் தவிர்க்கும்.

பிணைப்புபிணைப்பு வரிசைசராசரி வெப்பவுள்ளுறை (kJ mol⁻¹)
C–C1347
C=C2614
C≡C3839
N≡N3945

பிணைப்பு வரிசை (bond order) கூடக் கூட பிணைப்பு வெப்பவுள்ளுறையும் கூடுகின்றது; N≡N பிணைப்பின் மிக உயர்ந்த 945 kJ mol⁻¹ பெறுமானமே N₂ வாயு தாக்கத்திறன் (reactivity) குறைந்ததாக இருப்பதற்குக் காரணமாகும்.

📝 தேர்வாளர் குறிப்பு
  • சூத்திரத்தில் உடைக்கப்பட்டவை − உருவானவை என்ற வரிசையைக் கவனமாகப் பயன்படுத்துங்கள். எசுவின் விதியின் (Hess's law) வழிமுறையில் வருவது விளைவுகள் − தாக்கிகள்; இது நேர்மாறானது. குறியீட்டுப் பிழை மிகப் பொதுவான தவறாகும்.
  • பிணைப்பு வெப்பவுள்ளுறை முறையால் கிடைப்பது தோராயமான ΔH மட்டுமே; அது சராசரிப் பெறுமானங்களை அடிப்படையாகக் கொண்டது. நியம தோன்றல் வெப்பவுள்ளுறையுடன் (standard enthalpy of formation) எசுவின் விதியைப் பயன்படுத்தும் முறை மிகத் துல்லியமானது.
  • எல்லாப் பிணைப்பு வெப்பவுள்ளுறைகளும் வாயு நிலையில் வரையறுக்கப்பட்டவை. தாக்கியோ விளைவோ திரவ அல்லது திண்ம நிலையில் இருந்தால், அந்த நிலைமாற்றத்திற்கான வெப்பவுள்ளுறையையும் சேர்த்துக் கணிக்க வேண்டும்.
  • உடைந்த ஒவ்வொரு பிணைப்பின் எண்ணிக்கையையும் மூலக்கூற்றுக் கட்டமைப்பை வரைந்தே உறுதிப்படுத்துங்கள் — CO₂-இல் இரண்டு C=O பிணைப்புகளும், H₂O-இல் இரண்டு O–H பிணைப்புகளும் உள்ளன என்பதை மறக்கக் கூடாது.
🌐 விளக்க படம் / Explanatory Diagram
Bond energy
பிணைப்பு சக்தி
Bond energy
Credit: Wikimedia Commons  · CC BY-SA 4.0
📖 மேலதிக தகவல் / More on Wikipedia →

📝 பயிற்சி வினாக்கள்

பகுதி I — பல்தேர்வு வினாக்கள்

  1. பிணைப்பு என்தால்பியால் ΔH = ?

    1. உடைந்த − உருவான பிணைப்பு
    2. உருவான − உடைந்த
    3. உடைந்த × உருவான
    4. உடைந்த / உருவான
    5. எதுவுமில்லை
    விடை
    (1) — ΔH = Σ(உடைந்த பிணைப்பு) − Σ(உருவான பிணைப்பு).

  2. பிணைப்பு உடைத்தல்:

    1. வெப்பமுமிழ்
    2. வெப்பங்கொள்
    3. பூச்சியம்
    4. தன்னிச்சை
    5. எதுவுமில்லை
    விடை
    (2) — பிணைப்பு உடைக்க ஆற்றல் தேவை → வெப்பங்கொள்.

  3. பிணைப்பு உருவாக்கம்:

    1. வெப்பங்கொள்
    2. வெப்பமுமிழ்
    3. பூச்சியம்
    4. ∞
    5. எதுவுமில்லை
    விடை
    (2) — பிணைப்பு உருவாக்கம் ஆற்றலை வெளியேற்றும் → வெப்பமுமிழ்.

  4. பிணைப்பு என்தால்பி பெரியதாக இருந்தால் பிணைப்பு:

    1. பலவீனம்
    2. வலிமை
    3. நீளம்
    4. அயன்
    5. மாறாது
    விடை
    (2) — அதிக பிணைப்பு என்தால்பி → வலிமையான பிணைப்பு.

  5. பிணைப்பு என்தால்பி மதிப்புகள் ஏன் சராசரி மதிப்புகள்?

    1. துல்லியமற்றவை
    2. வெவ்வேறு மூலக்கூறுகளில் சற்று மாறுபடும்
    3. மாறிலி
    4. பூச்சியம்
    5. எதுவுமில்லை
    விடை
    (2) — ஒரே பிணைப்பு வெவ்வேறு மூலக்கூற்றுச் சூழலில் சற்று மாறும்.

  6. வலுவான பிணைப்பு (மிக உயர் பிணைப்பு என்தால்பி):

    1. C–C
    2. C=C
    3. C≡C
    4. C–H
    5. C–O
    விடை
    (3) — மும்மை C≡C மிக வலிமை → அதிக பிணைப்பு என்தால்பி.

பகுதி II — கட்டமைப்பு வினா

• பிணைப்பு உடைத்தல்/உருவாக்கம் ஆகியவற்றை ஆற்றல் அடிப்படையில் விளக்கி ΔH சூத்திரத்தைத் தருக.

மாதிரி விடை
உடைத்தல் வெப்பங்கொள் (+); உருவாக்கம் வெப்பமுமிழ் (−). ΔH = Σ(உடைந்த) − Σ(உருவான).

• H₂ + Cl₂ → 2HCl. பிணைப்பு என்தால்பி H–H=436, Cl–Cl=242, H–Cl=431 எனில் ΔH-ஐக் கணிக்க.

மாதிரி விடை
உடைந்த = 436+242 = 678; உருவான = 2×431 = 862; ΔH = 678 − 862 = −184 kJ/mol.

கட்டுரை வினா

• பிணைப்பு என்தால்பி — வரைவிலக்கணம், பிணைப்பு உடைத்தல்/உருவாக்கம், ΔH கணிப்பு, சராசரி மதிப்புகளின் வரம்பை விளக்குக.

விடை வரைவு
வரைவு: உடைத்தல் (+)/உருவாக்கம் (−); ΔH=Σ(உடைந்த)−Σ(உருவான); அதிக மதிப்பு=வலிமை; சராசரி மதிப்புகள் → சிறிய பிழை.
← அலகு 5