库仑定律在化学中应用论文

库仑定律在化学中的应用
摘要：用库伦定律解释了多元弱酸的酸性逐级递减的原因、多元弱酸正盐的碱性由第一步水解决定的原因、氢键的键能与元素电负性的关系、离子晶体晶格能的大小与离子半径和离子电荷数的关系、金属晶体金属键的强弱与金属原子半径及价电子数的关系、原子晶体共价键的强弱与键长的关系、分子晶体分子间作用力的强弱与分子极性的关系、电负性与原子半径的关系、电离能大小与原子半径的关系。

关键词：库伦定律；电负性；电离能；氢键；晶格能
中图分类号：g622 文献标识码：a 文章编号：1002—7661（2012）19—0111—01
库伦定律的内容是：两个点电荷所带电量分别是q1、q2，两者之间的距离为r，则它们之间的吸引力：f=k×■，其中k为常数。

由库伦定律可知：点电荷所带电荷数越多，两者之间的距离越近，则静电作用力就越大，若两个电荷为异种电荷，则两者之间的吸引力就越大。

库伦定律是高中物理中的一个重要公式，在高中化学中，这个公式应用广泛。

1.多元弱酸的酸性
多元弱酸的电离是分步进行的，而且一步比一步困难，其酸性由第一步电离程度决定。

反映在电离平衡常数上，多元弱酸的逐级
电离平衡常数减小，即ka1>> ka2>> ka3……。

因为随着h+的逐个电离，原子团所带的负电荷数越来越多，对质子的引力吸引力越来越大，再电离出h+越来越困难，逐级电离平衡常数也越来越小。

以碳酸为例，h2co3■hco3— + h+， ka1= 4.4×10—7， hco3—■co32— + h+，ka2=4.7×10—11，ka1>> ka2，第二步电离比第一步电离困难，碳酸的酸性由第一步电离程度决定。

2.多元弱酸正盐的碱性
多元弱酸根离子的水解是分步进行的，而且一步比一步困难。

多元弱酸的正盐的水溶液碱性强弱，由第一步水解程度决定。

以
na2co3为例，第一步水解：co32—+h2o■hco3—+ oh—，第二步水解：hco3—+ h2o■h2co3+oh—，因co32—所带的电荷数比hco3—多，对h2o中氢离子的吸引能力强，使第一步水解程度远远大于第二步水解程度。

3. 氢键的键能
氢键可表示为a—h…b—，a、b为n、o、f，“—”表示共价键，“…”表示形成的氢键。

a、b元素的电负性越强，氢键键能越大，氢键就越牢固。

a元素的电负性越强，a—h之间的共用电子对越偏离h原子核，h原子所带的正电荷就越多，氢键就越牢固；b原子的电负性越大，对带正电荷的h原子引力就越大，氢键也越牢固。

例如：，氟元素的电负性大于氮元素，f—h…f的键能28.1kj·mol—1大于n—h…n键能5.4 kj·mol—1。

4. 离子晶体晶格能的大小
（1）离子所带电荷越多，离子晶体熔沸点越高，硬度越大。

因为离子所带电荷越多，离子间相互吸引力就越大，破坏晶格能所需能量也越大，晶体熔沸点就越高，硬度也越大。

例如，正电荷数al3+ > mg2+ > na+ ，负电荷数n3— > o2— > cl—，熔沸点aln > mgo > nacl。

（2）离子半径越小，离子之间距离越短，相互吸引力就越大，晶格能就越大，熔沸点就越高，硬度就越大。

例如，阳离子半径k+ > na+ > li+ ，熔点kcl 碳化硅 > 晶体硅。

7. 分子晶体分子间作用力的强弱
分子极性越大，分子间作用力越大。

极性分子正电荷中心与负电荷中心不重合，使分子一端带正点，为正极，另一端带负点，为负极。

某个分子的正极与另外一个分子的负极之间有静电吸引作用。

分子的极性越强，分子两端电荷数越多，分子间作用力就越大，熔沸点就越高。

例如co和n2相对分子质量相同，co分子有极性而n2分子没有极性，co熔沸点高于n2。

8. 电负性
（1）同主族元素从上到下，原子半径增大，电负性减小。

因为原子半径增大，必然导致带正电荷的原子核和共用电子之间的距离变远，两者之间的引力减小，即电负性减小。

例如氟、氯、溴、碘的电负性依次为4.0、3.0、2.8、2.5。

（2）同一周期从左到右，原子半径减小，电负性增大。

因为原
子半径减小，带正电荷的原子核和共用电子之间的距离变小，两者之间的引力增大，即电负性变大。

例如碳、氮、氧、氟的电负性依次为2.5、3.0、3.5、4.0。

9. 电离能
（1）同主族元素从上到下，原子半径增大，第一电离能减小。

因为原子半径增大，原子核与最外层电子之间的距离变远，两者之间的引力减小，第一电离能减小。

（2）同一周期从左到右，原子半径减小，电负性呈增大趋势（个别元素反常）。

因为原子半径减小，带正电荷的原子核与最外层电子之间的距离缩短，两者之间的引力增大，第一电离能呈增大趋势。

（3）元素原子的逐级电离能增大，因为随着电子的逐个失去，原子所带的正电荷越来越多，阳离子与将要失去的电子之间的引力越来越大，再失去一个电子所需能量也越来越高。

总之，化学中一切作力都是因为电性作用，物质的许多性质都可以用库伦定律去解释。

应用物理公式，解决化学问题，把原本孤立的知识用库伦定律串起来，使原本难以理解的性质用一个简单的公式解释，有利于老师的教，也有利于学生的学。