Cíle učení
- Definujte Van der Waalsovy síly.
- Popište interakce dipól-dipól.
- Popište Londonovy disperzní síly.
Jak to udržet v chladu?
Zařízení pro zobrazování pomocí magnetické rezonance (NMR) používají k chlazení supravodivých magnetů kapalný dusík. Dusík je plyn při pokojové teplotě a zkapalňuje při -195,8 ° C. Jeho soused na periodické tabulce (kyslík) vře při -182,95 ° C. Interakce mezi molekulami dusíku (N 2) jsou slabší, takže bod varu je nižší. Interakce mezi nepolárními molekulami závisí na stupni fluktuace elektronů v molekule.
Van der Waalsovy síly
První typ mezimolekulární síly, kterou zvážíme, že se jim bude říkat van der Waalsovy síly, po nizozemském chemikovi Johannesovi van der Waalsovi (1837-1923). Van der Waalsovy síly jsou nejslabší mezimolekulární síly a skládají se z dipól-dipólových sil a disperzních sil.
Síly dipólu a dipólu
Síly dipólu a dipólu jsou atraktivní síly, které se vyskytují mezi polárními molekuly. Molekula chlorovodíku má částečně pozitivní atom vodíku a částečně negativní atom chloru. Ve sbírce mnoha molekul chlorovodíku se vyrovnají tak, aby se opačně nabité oblasti sousedních molekul nacházely blízko sebe.
Obrázek 1. Síly dipólu a dipólu jsou výsledkem přitahování kladného konce jednoho dipólu k zápornému konci sousedního dipólu.
Síly dipólu a dipólu jsou podobné povahy, ale mnohem slabší než iontové vazby.
Síly disperze v Londýně
Síry disperze jsou také považovány za typ van der Waalsovy síly a jsou nejslabší ze všech mezimolekulárních sil. Často se jim říká Londýnské síly po Fritzovi Londýně (1900-1954), který poprvé navrhl jejich existenci v roce 1930. Londýnské disperzní síly jsou mezimolekulární síly, které vznikají mezi atomy a mezi nepolárními molekulami v důsledku pohybu elektronů.
Elektronový mrak atomu helia obsahuje dva elektrony, u nichž lze normálně očekávat, že budou rovnoměrně rozloženy prostorově kolem jádra. Avšak v kterémkoli daném okamžiku může být distribuce elektronů nerovnoměrná, což vede k okamžitému dipólu. Tento slabý a dočasný dipól následně ovlivňuje sousední atomy helia elektrostatickou přitažlivostí a odporem. Indukuje dipól na blízkých atomech helia.
Obrázek 2. Krátkodobý nebo okamžitý dipól v atomu helia.
Okamžité a indukované dipóly jsou navzájem slabě přitahovány. Síla disperzních sil se zvyšuje se zvyšujícím se počtem elektronů v atomech nebo nepolárních molekulách.
Halogenová skupina se skládá ze čtyř prvků, které všechny mají formu nepolárních diatomických molekul. Níže uvedená tabulka ukazuje srovnání bodů tání a bodu varu.
| Molekula | Celkový počet elektronů | Bod tání (° C) | Bod varu ( ° C) | Fyzikální stav při pokojové teplotě |
| F 2 | 18 | -220 | -188 | plyn |
| Cl 2 | 34 | -102 | -34 | plyn |
| Br 2 | 70 | -7 | 59 | kapalina |
| I 2 | 106 | 114 | 184 | solid |
Disperzní síly jsou nejsilnější pro molekuly jódu, protože mají největší počet elektronů. Relativně silnější síly vedou k bodům tání a varu, které jsou nejvyšší z halogenové skupiny. Tyto síly jsou dostatečně silné, aby udržovaly molekuly jódu blízko sebe v pevném stavu při pokojové teplotě. Disperzní síly jsou u bromu, chloru a fluoru postupně slabší, což dokládá jejich trvale nižší teplota tání a teplota varu. Brom je kapalina při pokojové teplotě, zatímco chlor a fluor jsou plyny, jejichž molekuly jsou od sebe mnohem dále od sebe. Mezimolekulární síly v plynném stavu téměř neexistují, a proto se disperzní síly v chloru a fluoru stanou měřitelnými pouze při poklesu teploty a kondenzují do kapalného stavu.
Shrnutí
- Van der Waalsovy síly jsou slabé interakce mezi molekulami, které zahrnují dipóly.
- Polární molekuly mají trvalé interakce dipól-dipól .
- Nepolární molekuly mohou interagovat prostřednictvím londýnských disperzních sil.
Procvičování
Pomocí následujícího odkazu můžete odpovědět na následující otázky:
- Co jsou mezimolekulární atrakce?
- Jak chladné musí být helium, než vytvoří kapalinu?
- Může velké množství molekuly budou drženy pohromadě disperzními silami?
- Vyvíjejí dlouhé tenké molekuly silnější nebo slabší dipóly než krátké molekuly tuku?
Recenze
- Jaké atraktivní síly se vyvíjejí mezi polárními molekulami?
- Co vytváří londýnské disperzní síly ?
- Jsou rozptylové síly v Londýně trvalé nebo dočasné?
- Jsou rozptylové síly pro Cl 2 silnější nebo slabší než síly pro Br2?
Glosář
- síly dipólu a dipólu: přitažlivé síly, které vznikají mezi polárními molekulami
- londýnské disperzní síly : Mezimolekulární síly, které se vyskytují mezi atomy a mezi nonpo velké molekuly v důsledku pohybu elektronů.
- Van der Waalsovy síly: nejslabší mezimolekulární síla a skládají se z dipól-dipólových sil a disperzních sil.