Læringsmål
- Definer Van der Waals kræfter.
- Beskriv dipol-dipol-interaktioner.
- Beskriv London-spredningskræfter.
Hvordan holder man det køligt?
Magnetisk resonansbilleddannelse (NMR) -enheder bruger flydende nitrogen til at afkøle de superledende magneter. Kvælstof er en gas ved stuetemperatur og flydende ved -195,8 ° C. Dens nabo på det periodiske system (ilt) koger ved -182,95 ° C. Interaktionerne mellem nitrogenmolekyler (N2) er svagere, så kogepunktet er lavere. Interaktioner mellem ikke-polære molekyler afhænger af graden af elektronudsving inden i molekylet.
Van der Waals styrker
Den første type intermolekylær kraft, vi vil overveje kaldes van der Waals styrker efter den hollandske kemiker Johannes van der Waals (1837-1923). Van der Waals-kræfter er den svageste intermolekylære kraft og består af dipol-dipolkræfter og dispersionskræfter.
Dipol-dipolstyrker
Dipol-dipolkræfter er de attraktive kræfter, der opstår mellem polære molekyler. Et molekyle af hydrogenchlorid har et delvist positivt hydrogenatom og et delvist negativt chloratom. I en samling af mange hydrogenchloridmolekyler vil de rette sig ind, så de modsat ladede regioner i nabomolekyler er tæt på hinanden.
Figur 1. Dipol-dipolkræfter er et resultat af tiltrækningen af den positive ende af en dipol til den negative ende af en nærliggende dipol.
Dipol-dipolkræfter er ens i naturen, men meget svagere end ionbindinger.
London Dispersion Forces
Dispersionskræfter betragtes også som en type van der Waals-styrke og er de svageste af alle intermolekylære kræfter. De kaldes ofte London-styrker efter Fritz London (1900-1954), der først foreslog deres eksistens i 1930. Londons spredningskræfter er de intermolekylære kræfter, der opstår mellem atomer og mellem ikke-polære molekyler som et resultat af elektronernes bevægelse.
Elektronskyen i et heliumatom indeholder to elektroner, som normalt kan forventes at være ligeligt fordelt rumligt omkring kernen. Imidlertid kan elektronfordelingen på ethvert givet tidspunkt være ujævn, hvilket resulterer i en øjeblikkelig dipol. Denne svage og midlertidige dipol påvirker efterfølgende nærliggende heliumatomer gennem elektrostatisk tiltrækning og frastødning. Det inducerer en dipol på nærliggende heliumatomer.
Figur 2. En kortvarig eller øjeblikkelig dipol i et heliumatom.
De øjeblikkelige og inducerede dipoler tiltrækkes svagt af hinanden. Styrken af dispersionskræfter stiger, når antallet af elektroner i atomer eller ikke-polære molekyler stiger.
Halogengruppen består af fire elementer, der alle har form af ikke-polære diatomiske molekyler. Tabellen nedenfor viser en sammenligning af smelte- og kogepunkterne for hver.
| Molekyle | Samlet antal elektroner | Smeltepunkt (° C) | Kogepunkt ( ° C) | Fysisk tilstand ved stuetemperatur |
| F 2 | 18 | -220 | -188 | gas |
| Cl 2 | 34 | -102 | -34 | gas |
| Br 2 | 70 | -7 | 59 | væske |
| I 2 | 106 | 114 | 184 | solid |
Dispersionskræfterne er stærkest for jodmolekyler, fordi de har det største antal elektroner. De relativt stærkere kræfter resulterer i smelte- og kogepunkter, som er de højeste i halogengruppen. Disse kræfter er stærke nok til at holde jodmolekyler tæt sammen i fast tilstand ved stuetemperatur. Dispersionskræfterne er gradvis svagere for brom, chlor og fluor, og dette illustreres i deres støt lavere smelte- og kogepunkter. Brom er en væske ved stuetemperatur, mens klor og fluor er gasser, hvis molekyler er meget længere adskilt fra hinanden. Intermolekylære kræfter er næsten ikke eksisterende i gastilstanden, og dispersionskræfterne i klor og fluor bliver derfor kun målbare, når temperaturen falder, og de kondenserer til flydende tilstand.
Resumé
- Van der Waals kræfter er svage interaktioner mellem molekyler, der involverer dipoler.
- Polære molekyler har permanente dipol-dipolinteraktioner .
- Ikke-polære molekyler kan interagere ved hjælp af Londons spredningskræfter.
Øv
Brug nedenstående link til at besvare følgende spørgsmål:
- Hvad er intermolekylære attraktioner?
- Hvor koldt skal helium få, før det danner en væske?
- Kan store antal af molekyler holdes sammen af dispersionskræfter?
- Udvikler lange tynde molekyler stærkere eller svagere dipoler end korte fedtmolekyler?
Review
- Hvilke attraktive kræfter udvikler sig mellem polære molekyler?
- Hvad skaber spredningskræfter i London ?
- Er Londons spredningsstyrker permanente eller midlertidige?
- Er spredningskræfterne for Cl 2 stærkere eller svagere end dem for Br2?
Ordliste
- dipol-dipolkræfter: De attraktive kræfter, der opstår mellem polære molekylers s
- London-spredningskræfter : De intermolekylære kræfter, der opstår mellem atomer og mellem nonpo lar molekyler som et resultat af elektroners bevægelse.
- Van der Waals kræfter: Den svageste intermolekylære kraft og består af dipol-dipol kræfter og dispersionskræfter.