Læringsmål
- Definer Van der Waals krefter.
- Beskriv dipol-dipol-interaksjoner.
- Beskriv London-spredningskrefter.
Hvordan holder du det kult?
Magnetic resonance imaging (NMR) -enheter bruker flytende nitrogen for å avkjøle de superledende magneter. Nitrogen er en gass ved romtemperatur og smelter ved -195,8 ° C. Naboen på det periodiske systemet (oksygen) koker ved -182,95 ° C. Samspillet mellom nitrogenmolekyler (N 2) er svakere, så kokepunktet er lavere. Interaksjoner mellom ikke-polære molekyler avhenger av graden av elektronfluktuasjon i molekylet.
Van der Waals Forces
Den første typen intermolekylær kraft vi vil vurdere kalles van der Waals styrker, etter nederlandsk kjemiker Johannes van der Waals (1837-1923). Van der Waals-krefter er den svakeste intermolekylære kraften og består av dipol-dipolkrefter og dispersjonskrefter.
Dipole-Dipole Forces
Dipole-dipol-krefter er de attraktive kreftene som oppstår mellom polar molekyler. Et molekyl av hydrogenklorid har et delvis positivt hydrogenatom og et delvis negativt kloratom. I en samling av mange hydrogenkloridmolekyler vil de justere seg slik at de motsatte ladede områdene til nabomolekylene er nær hverandre.
Figur 1. Dipol-dipolkrefter er et resultat av tiltrekningen av den positive enden av en dipol til den negative enden av en nærliggende dipol.
Dipol-dipolkrefter er like i naturen, men mye svakere enn ionebindinger.
Dispersjonsstyrker i London
Dispersjonskrefter regnes også som en type van der Waals-styrke og er de svakeste av alle intermolekylære krefter. De blir ofte kalt London-styrker etter Fritz London (1900-1954), som først foreslo deres eksistens i 1930. Londons spredningskrefter er de intermolekylære kreftene som oppstår mellom atomer og mellom ikke-polare molekyler som et resultat av bevegelsen til elektroner.
Elektronskyen til et heliumatom inneholder to elektroner, som normalt kan forventes å være jevnt fordelt romlig rundt kjernen. Imidlertid kan elektronfordelingen til enhver tid være ujevn, noe som resulterer i en øyeblikkelig dipol. Denne svake og midlertidige dipolen påvirker deretter nærliggende heliumatomer gjennom elektrostatisk tiltrekning og frastøting. Det induserer en dipol på nærliggende heliumatomer.
Figur 2. En kortvarig eller øyeblikkelig dipol i et heliumatom.
De øyeblikkelige og induserte dipolene tiltrekkes svakt av hverandre. Styrken til dispersjonskreftene øker når antall elektroner i atomene eller ikke-polare molekylene øker.
Halogengruppen består av fire elementer som alle har form av ikke-polære diatomiske molekyler. Tabellen nedenfor viser en sammenligning av smelte- og kokepunktene for hver.
| Molekyl | Totalt antall elektroner | Smeltepunkt (° C) | Kokepunkt ( ° C) | Fysisk tilstand ved romtemperatur |
| F 2 | 18 | -220 | -188 | gass |
| Cl 2 | 34 | -102 | -34 | gass |
| Br 2 | 70 | -7 | 59 | væske |
| I 2 | 106 | 114 | 184 | solid |
Dispersjonskreftene er sterkest for jodmolekyler fordi de har størst antall elektroner. De relativt sterkere kreftene resulterer i smelte- og kokepunkter som er den høyeste av halogengruppen. Disse kreftene er sterke nok til å holde jodmolekyler tett sammen i fast tilstand ved romtemperatur. Dispersjonskreftene er gradvis svakere for brom, klor og fluor, og dette er illustrert i deres stadig lavere smelte- og kokepunkt. Brom er en væske ved romtemperatur, mens klor og fluor er gasser, hvis molekyler er mye lenger fra hverandre. Intermolekylære krefter er nesten ikke eksisterende i gasstilstanden, og spredningskreftene i klor og fluor blir derfor bare målbare når temperaturen synker og de kondenserer til flytende tilstand.
Sammendrag
- Van der Waals krefter er svake interaksjoner mellom molekyler som involverer dipoler.
- Polare molekyler har permanente dipol-dipolinteraksjoner .
- Ikke-polare molekyler kan samhandle ved hjelp av Londons spredningskrefter.
Øv
Bruk lenken nedenfor for å svare på følgende spørsmål:
- Hva er intermolekylære attraksjoner?
- Hvor kaldt må helium bli før det danner en væske?
- Kan store mengder av molekyler holdes sammen av dispersjonskrefter?
- Utvikler lange tynne molekyler sterkere eller svakere dipoler enn korte fettmolekyler?
Gjennomgang
- Hvilke attraktive krefter utvikler seg mellom polare molekyler?
- Hva skaper spredningskrefter i London ?
- Er spredningsstyrkene i London permanente eller midlertidige?
- Er spredningskreftene for Cl 2 sterkere eller svakere enn de for Br2?
Ordliste
- dipol-dipolkrefter: De attraktive kreftene som oppstår mellom polare molekyler
- London-spredningskrefter : De intermolekylære kreftene som oppstår mellom atomer og mellom nonpo lar molekyler som et resultat av elektroners bevegelse.
- Van der Waals krefter: Den svakeste intermolekylære kraften og består av dipol-dipol krefter og dispersjonskrefter.