Lernziele
- Definieren Sie Van-der-Waals-Kräfte.
- Beschreiben Sie Dipol-Dipol-Wechselwirkungen.
- Beschreiben Sie die Londoner Dispersionskräfte.
Wie halte ich es kühl?
Magnetresonanztomographie (NMR) -Vorrichtungen verwenden flüssigen Stickstoff, um die supraleitenden Magnete zu kühlen. Stickstoff ist ein Gas bei Raumtemperatur und verflüssigt sich bei -195,8 ° C. Sein Nachbar im Periodensystem (Sauerstoff) kocht bei -182,95 ° C. Die Wechselwirkungen zwischen Stickstoffmolekülen (N 2) sind schwächer, so dass der Siedepunkt niedriger ist. Wechselwirkungen zwischen unpolaren Molekülen hängen vom Grad der Elektronenfluktuation innerhalb des Moleküls ab.
Van-der-Waals-Kräfte
Die erste Art der intermolekularen Kraft we wird nach dem niederländischen Chemiker Johannes van der Waals (1837-1923) als van der Waals-Streitkräfte bezeichnet. Van-der-Waals-Kräfte sind die schwächste intermolekulare Kraft und bestehen aus Dipol-Dipol-Kräften und Dispersionskräften.
Dipol-Dipol-Kräfte
Dipol-Dipol-Kräfte sind die Anziehungskräfte, die zwischen polaren auftreten Moleküle. Ein Chlorwasserstoffmolekül hat ein teilweise positives Wasserstoffatom und ein teilweise negatives Chloratom. In einer Sammlung vieler Chlorwasserstoffmoleküle richten sie sich so aus, dass die entgegengesetzt geladenen Regionen benachbarter Moleküle nahe beieinander liegen.
Abbildung 1. Dipol-Dipol-Kräfte sind ein Ergebnis der Anziehung des positiven Endes eines Dipols zum negativen Ende eines benachbarten Dipols.
Dipol-Dipol-Kräfte sind von Natur aus ähnlich, aber viel schwächer als Ionenbindungen.
Londoner Dispersionskräfte
Dispersionskräfte werden auch als eine Art Van-der-Waals-Kraft angesehen und sind die schwächste aller intermolekularen Kräfte. Sie werden oft als Londoner Kräfte bezeichnet, nach Fritz London (1900-1954), der ihre Existenz erstmals 1930 vorschlug. Londoner Dispersionskräfte sind die intermolekularen Kräfte, die zwischen Atomen und zwischen unpolaren Molekülen infolge der Bewegung von Elektronen auftreten. P. >
Die Elektronenwolke eines Heliumatoms enthält zwei Elektronen, von denen normalerweise erwartet werden kann, dass sie räumlich gleichmäßig um den Kern verteilt sind. Zu jedem Zeitpunkt kann die Elektronenverteilung jedoch ungleichmäßig sein, was zu einem sofortigen Dipol führt. Dieser schwache und vorübergehende Dipol beeinflusst anschließend benachbarte Heliumatome durch elektrostatische Anziehung und Abstoßung. Es induziert einen Dipol an nahegelegenen Heliumatomen.
Abbildung 2. Eine kurzlebige oder momentaner Dipol in einem Heliumatom.
Die momentanen und induzierten Dipole werden schwach voneinander angezogen. Die Stärke der Dispersionskräfte nimmt mit zunehmender Anzahl von Elektronen in den Atomen oder unpolaren Molekülen zu. Die Halogengruppe besteht aus vier Elementen, die alle die Form unpolarer zweiatomiger Moleküle annehmen. Die folgende Tabelle zeigt einen Vergleich der Schmelz- und Siedepunkte für jeden.
| Molekül | Gesamtzahl der Elektronen | Schmelzpunkt (° C) | Siedepunkt ( ° C) | Physikalischer Zustand bei Raumtemperatur |
| F 2 | 18 | -220 | -188 | Gas |
| Cl 2 | 34 | -102 | -34 | Gas |
| Br 2 | 70 | -7 | 59 | flüssig |
| I 2 | 106 | 114 | 184 | fest |
Die Dispersionskräfte sind für Jodmoleküle am stärksten, weil sie die meisten Elektronen haben. Die relativ stärkeren Kräfte führen zu Schmelz- und Siedepunkten, die die höchsten der Halogengruppe sind. Diese Kräfte sind stark genug, um Jodmoleküle im festen Zustand bei Raumtemperatur nahe beieinander zu halten. Die Dispersionskräfte sind für Brom, Chlor und Fluor zunehmend schwächer, und dies zeigt sich in ihren stetig niedrigeren Schmelz- und Siedepunkten. Brom ist bei Raumtemperatur eine Flüssigkeit, während Chlor und Fluor Gase sind, deren Moleküle viel weiter voneinander entfernt sind. Intermolekulare Kräfte sind im Gaszustand nahezu nicht vorhanden, so dass die Dispersionskräfte in Chlor und Fluor erst messbar werden, wenn die Temperatur abnimmt und sie in den flüssigen Zustand kondensieren.
Zusammenfassung
- Van-der-Waals-Kräfte sind schwache Wechselwirkungen zwischen Molekülen, an denen Dipole beteiligt sind.
- Polare Moleküle weisen permanente Dipol-Dipol-Wechselwirkungen auf
- Unpolare Moleküle können über Londoner Dispersionskräfte interagieren.
Übung
Verwenden Sie den folgenden Link, um die folgenden Fragen zu beantworten:
- Was sind intermolekulare Anziehungskräfte?
- Wie kalt muss Helium werden, bevor es eine Flüssigkeit bildet?
- Kann eine große Anzahl von Molekülen durch Dispersionskräfte zusammengehalten werden?
- Entwickeln lange dünne Moleküle stärkere oder schwächere Dipole als kurze Fettmoleküle?
Rückblick
- Welche Anziehungskräfte entstehen zwischen polaren Molekülen?
- Was erzeugt Londoner Dispersionskräfte? ?
- Sind die Londoner Dispersionskräfte permanent oder vorübergehend?
- Sind die Dispersionskräfte für Cl 2 stärker oder schwächer als die für Br2?
Glossar
- Dipol-Dipol-Kräfte: Die Anziehungskräfte, die zwischen den Londoner Dispersionskräften des polaren Moleküls
- auftreten : Die intermolekularen Kräfte, die zwischen Atomen und zwischen Nonpo auftreten Lar-Moleküle infolge der Bewegung von Elektronen
- Van-der-Waals-Kräfte: Die schwächste intermolekulare Kraft und bestehen aus Dipol-Dipol-Kräften und Dispersionskräften.