Cele nauczania
- Zdefiniuj siły Van der Waalsa.
- Opisz oddziaływania dipol-dipol.
- Opisz siły dyspersji Londynu.
Jak zachować spokój?
Urządzenia do obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (NMR) wykorzystują ciekły azot do chłodzenia magnesów nadprzewodzących. Azot jest gazem w temperaturze pokojowej i skrapla się w temperaturze -195,8 ° C. Jej sąsiad w układzie okresowym (tlen) wrze w temperaturze -182,95 ° C. Oddziaływania między cząsteczkami azotu (N 2) są słabsze, więc temperatura wrzenia jest niższa. Interakcje między cząsteczkami niepolarnymi zależą od stopnia fluktuacji elektronów w cząsteczce.
Siły Van der Waalsa
Pierwszy rodzaj siły międzycząsteczkowej, rozważymy nazywane siłami van der Waalsa, na cześć holenderskiego chemika Johannesa van der Waalsa (1837-1923). Siły Van der Waalsa są najsłabszymi siłami międzycząsteczkowymi i składają się z sił dipolowo-dipolowych i sił dyspersyjnych.
Siły dipolowo-dipolowe
Siły dipolowo-dipolowe to siły przyciągania występujące między biegunami molekuły. Cząsteczka chlorowodoru ma częściowo dodatni atom wodoru i częściowo ujemny atom chloru. W zbiorze wielu cząsteczek chlorowodoru ustawią się one tak, aby przeciwnie naładowane regiony sąsiednich cząsteczek były blisko siebie.
Rysunek 1. Siły dipolowo-dipolowe są wynikiem przyciągania dodatniego końca jednego dipola do ujemnego końca sąsiedniego dipola.
Siły dipolowo-dipolowe mają podobny charakter, ale są znacznie słabsze niż wiązania jonowe.
London Dispersion Forces
Siły dyspersji są również uważane za rodzaj siły van der Waalsa i są najsłabszymi ze wszystkich sił międzycząsteczkowych. Nazywa się je często siłami londyńskimi od nazwiska Fritza Londona (1900-1954), który jako pierwszy zaproponował ich istnienie w 1930 r. Siły dyspersyjne Londynu to siły międzycząsteczkowe, które występują między atomami i między cząsteczkami niepolarnymi w wyniku ruchu elektronów.
Chmura elektronów atomu helu zawiera dwa elektrony, które normalnie można oczekiwać, że będą równomiernie rozmieszczone przestrzennie wokół jądra. Jednak w dowolnym momencie rozkład elektronów może być nierównomierny, co skutkuje chwilowym dipolem. Ten słaby i tymczasowy dipol następnie wpływa na sąsiednie atomy helu poprzez elektrostatyczne przyciąganie i odpychanie. Indukuje dipol na pobliskich atomach helu.
Rysunek 2. Krótkotrwały lub chwilowy dipol w atomie helu.
Chwilowe i indukowane dipole są słabo przyciągane do siebie. Siła sił dyspersji rośnie wraz ze wzrostem liczby elektronów w atomach lub niepolarnych cząsteczkach.
Grupa halogenowa składa się z czterech pierwiastków, z których wszystkie mają postać niepolarnych cząsteczek dwuatomowych. Poniższa tabela przedstawia porównanie temperatur topnienia i wrzenia dla każdego z nich.
| Molecule | Całkowita liczba elektronów | Temperatura topnienia (° C) | Temperatura wrzenia ( ° C) | Stan fizyczny w temperaturze pokojowej |
| F 2 | 18 | -220 | -188 | gaz |
| Cl 2 | 34 | -102 | -34 | gaz |
| Br 2 | 70 | -7 | 59 | ciecz |
| I 2 | 106 | 114 | 184 | solid |
Siły dyspersji są najsilniejsze dla cząsteczek jodu, ponieważ mają największą liczbę elektronów. Stosunkowo silniejsze siły powodują temperatury topnienia i wrzenia, które są najwyższe z grupy halogenowej. Siły te są wystarczająco silne, aby utrzymać blisko siebie cząsteczki jodu w stanie stałym w temperaturze pokojowej. Siły dyspersji są stopniowo słabsze dla bromu, chloru i fluoru, co ilustrują ich stale niższe temperatury topnienia i wrzenia. W temperaturze pokojowej brom jest cieczą, a chlor i fluor to gazy, których cząsteczki są znacznie bardziej od siebie oddalone. Siły międzycząsteczkowe prawie nie istnieją w stanie gazowym, więc siły dyspersji w chlorze i fluorze stają się mierzalne tylko w miarę spadku temperatury i kondensacji do stanu ciekłego.
Podsumowanie
- Siły Van der Waalsa to słabe interakcje między cząsteczkami, które obejmują dipole.
- Cząsteczki polarne mają trwałe interakcje dipol-dipol .
- Cząsteczki niepolarne mogą oddziaływać na zasadzie sił dyspersyjnych Londynu.
Ćwicz
Użyj poniższego łącza, aby odpowiedzieć na następujące pytania:
- Co to są atrakcje międzycząsteczkowe?
- Jak zimny musi być hel, zanim utworzy ciecz?
- Czy duże liczby mogą cząsteczek jest utrzymywanych razem przez siły rozpraszania?
- Czy długie i cienkie cząsteczki wytwarzają silniejsze lub słabsze dipole niż cząsteczki krótkiego tłuszczu?
Przegląd
- Jakie siły przyciągające powstają między cząsteczkami polarnymi?
- Co tworzy siły dyspersji Londynu ?
- Czy siły dyspersji w Londynie są stałe czy tymczasowe?
- Czy siły dyspersji dla Cl 2 są silniejsze czy słabsze niż dla Br2?
Glosariusz
- siły dipolowo-dipolowe: siły przyciągania występujące między cząsteczkami polarnymi
- siły dyspersji Londynu : Siły międzycząsteczkowe, które występują między atomami i między nonpo cząsteczki lar w wyniku ruchu elektronów.
- Siły Van der Waalsa: najsłabsza siła międzycząsteczkowa i składa się z sił dipolowo-dipolowych i sił dyspersyjnych.