Oppimistavoitteet
- Määritä Van der Waalsin voimat.
- Kuvaile dipoli-dipoli-vuorovaikutuksia.
- Kuvaile Lontoon dispersiovoimia.
Kuinka pitää se viileänä?
Magneettikuvauslaitteet (NMR) käyttävät nestemäistä typpeä suprajohtavien magneettien jäähdyttämiseen. Typpi on kaasu huoneenlämpötilassa ja nesteytyy -195,8 ° C: ssa. Naapuri jaksollisessa taulukossa (happi) kiehuu -182,95 ° C: ssa. Typpimolekyylien (N2) vuorovaikutukset ovat heikompia, joten kiehumispiste on alhaisempi. Ei-polaaristen molekyylien välinen vuorovaikutus riippuu molekyylin elektronivaihtelusta.
Van der Waalsin voimat
Ensimmäisen tyyppinen molekyylien välinen voima Van der Waalsin voimiksi kutsutaan hollantilaisen kemisti Johannes van der Waalsin (1837-1923) mukaan. Van der Waalsin voimat ovat heikoin molekyylien välinen voima, ja ne koostuvat dipoli-dipolivoimista ja dispersiovoimista.
Dipoli-dipolivoimat
Dipoli-dipolivoimat ovat houkuttelevia voimia, joita esiintyy molekyylejä. Vetykloridimolekyylillä on osittain positiivinen vetyatomi ja osittain negatiivinen klooriatomi. Monien vetykloridimolekyylien kokoelmassa ne kohdistuvat toisiinsa siten, että naapurimolekyylien vastakkaisesti varatut alueet ovat lähellä toisiaan.
Kuva 1. Dipoli-dipoli-voimat ovat seurausta yhden dipolin positiivisen pään vetovoimasta viereisen dipolin negatiiviseen päähän.
Dipoli-dipolivoimat ovat luonteeltaan samanlaisia, mutta paljon heikompia kuin ionisidokset.
Lontoon dispersiovoimat
Dispersiovoimia pidetään myös eräänlaisena van der Waalsin voimana. ja ovat kaikista molekyylien välisistä voimista heikoimpia. Niitä kutsutaan usein Lontoon voimiksi Fritz Londonin (1900-1954) mukaan, joka ehdotti ensimmäisen kerran niiden olemassaoloa vuonna 1930. Lontoon dispersiovoimat ovat molekyylien välisiä voimia, joita esiintyy atomien ja ei-polaaristen molekyylien välillä elektronien liikkeen seurauksena.
Heliumatomin elektronipilvi sisältää kaksi elektronia, joiden voidaan normaalisti odottaa jakautuvan tasaisesti spatiaalisesti ytimen ympärille. Elektronijakauma voi kuitenkin joka hetkellä olla epätasainen, mikä johtaa hetkelliseen dipoliin. Tämä heikko ja tilapäinen dipoli vaikuttaa myöhemmin naapurimaiden heliumiatomeihin sähköstaattisen vetovoiman ja karkotuksen kautta. Se indusoi dipolin läheisiin heliumiatomeihin.
Kuva 2. Lyhytaikainen tai hetkellinen dipoli heliumatomissa.
Hetkelliset ja indusoidut dipolit vetävät toisiaan heikosti. Dispersiovoimien voimakkuus kasvaa, kun elektronien määrä atomissa tai ei-polaarisissa molekyyleissä kasvaa.
Halogeeniryhmä koostuu neljästä elementistä, jotka kaikki ovat ei-polaaristen diatomisten molekyylien muodossa. Alla olevassa taulukossa on vertailu kunkin sulamis- ja kiehumispisteeseen.
| Molekyyli | Elektronien kokonaismäärä | Sulamispiste (° C) | Kiehumispiste ( ° C) | Fyysinen tila huoneenlämpötilassa |
| F 2 | 18 | -220 | -188 | kaasu |
| Cl 2 | 34 | -102 | -34 | kaasu |
| Br 2 | 70 | -7 | 59 | neste |
| I 2 | 106 | 114 | 184 | kiinteä |
Dispersiovoimat ovat vahvimpia jodimolekyyleille, koska niillä on suurin määrä elektroneja. Suhteellisen vahvemmat voimat johtavat sulamis- ja kiehumispisteisiin, jotka ovat korkeimpia halogeeniryhmässä. Nämä voimat ovat riittävän voimakkaita pitämään jodimolekyylit lähellä toisiaan kiinteässä tilassa huoneenlämpötilassa. Dispersiovoimat ovat asteittain heikompia bromille, kloorille ja fluorille, ja tämä näkyy niiden tasaisesti alhaisemmissa sulamis- ja kiehumispisteissä. Bromi on neste huoneenlämmössä, kun taas kloori ja fluori ovat kaasuja, joiden molekyylit ovat paljon kauempana toisistaan. Molekyylien välisiä voimia kaasutilassa ei ole lainkaan, joten kloorin ja fluorin dispersiovoimat ovat mitattavissa vain lämpötilan laskiessa ja ne tiivistyvät nestemäiseen tilaan.
Yhteenveto
- Van der Waalsin voimat ovat heikkoja vuorovaikutuksia molekyylien välillä, joihin liittyy dipoleja.
- Polaarisilla molekyyleillä on pysyviä dipoli-dipoli-vuorovaikutuksia. .
- Ei-polaariset molekyylit voivat olla vuorovaikutuksessa Lontoon dispersiovoimien avulla.
Harjoittelu
Käytä alla olevaa linkkiä vastaamaan seuraaviin kysymyksiin:
- Mitkä ovat molekyylien väliset vetovoimat?
- Kuinka kylmää helium tulee saada ennen kuin se muodostaa nesteen?
- Voiko suuria määriä molekyylien pitäminen yhdessä dispersiovoimien avulla?
- Onko pitkillä ohuilla molekyyleillä vahvempia tai heikompia dipoleja kuin lyhyillä rasvamolekyyleillä?
Katsaus
- Mitä vetovoimia polaaristen molekyylien välillä kehittyy?
- Mikä luo Lontoon dispersiovoimia ?
- Ovatko Lontoon dispersiovoimat pysyviä vai väliaikaisia?
- Ovatko Cl 2: n dispersiovoimat vahvempia vai heikompia kuin Br2: n?
Sanasto
- dipoli-dipoli voimat: vetovoimat, joita esiintyy napamolekyylien välillä
- Lontoon dispersiovoimat : Molekyylien väliset voimat, joita esiintyy atomien ja nonpo: n välillä elektronien liikkeen seurauksena.
- Van der Waalsin voimat: Heikoin molekyylien välinen voima, joka koostuu dipoli-dipolivoimista ja dispersiovoimista.