Inlärningsmål
- Definiera Van der Waals krafter.
- Beskriv dipol-dipolinteraktioner.
- Beskriv Londons spridningskrafter.
Hur håller man det svalt?
Magnetisk resonanstomografi (NMR) använder flytande kväve för att kyla de superledande magneterna. Kväve är en gas vid rumstemperatur och smälter vid -195,8 ° C. Dess granne på det periodiska systemet (syre) kokar vid -182,95 ° C. Interaktionerna mellan kvävemolekyler (N2) är svagare, så kokpunkten är lägre. Interaktioner mellan icke-polära molekyler beror på graden av elektronfluktuation inom molekylen.
Van der Waals Forces
Den första typen av intermolekylär kraft som vi kommer att överväga kallas van der Waals styrkor, efter holländsk kemist Johannes van der Waals (1837-1923). Van der Waals-krafter är den svagaste intermolekylära kraften och består av dipol-dipolkrafter och dispersionskrafter.
Dipol-dipolkrafter
Dipol-dipolkrafter är de attraktiva krafterna som uppstår mellan polära molekyler. En molekyl väteklorid har en delvis positiv väteatom och en delvis negativ kloratom. I en samling av många vätekloridmolekyler kommer de att anpassa sig så att de motsatt laddade regionerna i angränsande molekyler är nära varandra.
Figur 1. Dipol-dipolkrafter är ett resultat av attraktionen av den positiva änden av en dipol till den negativa änden av en angränsande dipol.
Dipol-dipolkrafter har samma karaktär, men mycket svagare än jonbindningar.
London Dispersion Forces
Dispersionskrafter anses också vara en typ av van der Waals-kraft och är de svagaste av alla intermolekylära krafter. De kallas ofta Londonstyrkor efter Fritz London (1900-1954), som först föreslog sin existens 1930. Londons spridningskrafter är de intermolekylära krafterna som uppstår mellan atomer och mellan icke-polära molekyler som ett resultat av elektronernas rörelse.
Elektronmolnet i en heliumatom innehåller två elektroner, som normalt kan förväntas fördelas lika rumsligt runt kärnan. Emellertid kan elektronfördelningen vid varje givet tillfälle vara ojämn, vilket resulterar i en ögonblicklig dipol. Denna svaga och tillfälliga dipol påverkar därefter angränsande heliumatomer genom elektrostatisk attraktion och avstötning. Det inducerar en dipol på närliggande heliumatomer.
Figur 2. En kortlivad eller momentan dipol i en heliumatom.
De momentana och inducerade dipolerna lockas svagt till varandra. Styrkan hos dispersionskrafterna ökar när antalet elektroner i atomerna eller de icke-polära molekylerna ökar.
Halogengruppen består av fyra element som alla har formen av icke-polära diatomiska molekyler. Tabellen nedan visar en jämförelse av smält- och kokpunkterna för var och en.
| Molekyl | Totalt antal elektroner | Smältpunkt (° C) | Kokpunkt ( ° C) | Fysiskt tillstånd vid rumstemperatur |
| F 2 | 18 | -220 | -188 | gas |
| Cl 2 | 34 | -102 | -34 | gas |
| Br 2 | 70 | -7 | 59 | flytande |
| I 2 | 106 | 114 | 184 | solid |
Dispersionskrafterna är starkast för jodmolekyler eftersom de har flest elektroner. De relativt starkare krafterna resulterar i smält- och kokpunkter som är den högsta av halogengruppen. Dessa krafter är tillräckligt starka för att hålla jodmolekyler nära varandra i fast tillstånd vid rumstemperatur. Dispersionskrafterna är successivt svagare för brom, klor och fluor och detta illustreras i deras stadigt lägre smält- och kokpunkter. Brom är en vätska vid rumstemperatur, medan klor och fluor är gaser, vars molekyler är mycket längre ifrån varandra. Intermolekylära krafter är nästan obefintliga i gastillståndet, och så blir dispersionskrafterna i klor och fluor bara mätbara när temperaturen sjunker och de kondenseras till flytande tillstånd.
Sammanfattning
- Van der Waals krafter är svaga interaktioner mellan molekyler som involverar dipoler.
- Polära molekyler har permanenta dipol-dipolinteraktioner .
- Icke-polära molekyler kan interagera genom dispersionskrafter i London.
Övning
Använd länken nedan för att svara på följande frågor:
- Vilka är intermolekylära attraktioner?
- Hur kallt måste helium bli innan det bildar en vätska?
- Kan stora mängder av molekyler hålls samman av dispersionskrafter?
- Utvecklar långa tunna molekyler starkare eller svagare dipoler än kortfettsmolekyler?
Granskning
- Vilka attraktiva krafter utvecklas mellan polära molekyler?
- Vad skapar London dispersionskrafter ?
- Är Londons dispersionsstyrkor permanenta eller tillfälliga?
- Är dispersionsstyrkorna för Cl 2 starkare eller svagare än de för Br2?
Ordlista
- dipol-dipolkrafter: De attraktiva krafterna som uppstår mellan polära molekylers
- London-dispersionskrafter : De intermolekylära krafterna som uppstår mellan atomer och mellan nonpo larmolekyler som ett resultat av elektronernas rörelse.
- Van der Waals-krafter: Den svagaste intermolekylära kraften och består av dipol-dipolkrafter och dispersionskrafter.