Що таке дипольні дипольні сили?



The дипольні дипольні сили Сили Кісома - це міжмолекулярні взаємодії, присутні в молекулах з постійними дипольними моментами. Це одна з сил Ван-дер-Ваальса і, хоча вона далеко не найсильніша, вона є ключовим фактором, що пояснює фізичні властивості багатьох сполук.

Термін "диполь" посилається на два полюси: один негативний і один позитивний. Таким чином, ми говоримо про диполярні молекули, коли вони визначили ділянки високих і низьких електронних густин, що можливе лише за умови, що електрони "мігрують" переважно до певних атомів: найбільш електронегативний.

Верхнє зображення ілюструє диполь-дипольні взаємодії між двома молекулами A-B з постійними дипольними моментами. Також можна спостерігати, як молекули орієнтовані так, що взаємодії є ефективними. Таким чином, позитивна область δ + притягує негативну область δ-.

Згідно з вищевикладеним, можна вказати, що цей тип взаємодій є спрямованим (на відміну від взаємодій заряду іонного заряду). Молекули в їх оточенні орієнтують свої полюси таким чином, що, хоча вони слабкі, сума всіх цих взаємодій дає велику міжмолекулярну стійкість до сполуки..

Це призводить до утворення сполук (органічних або неорганічних), здатних утворювати диполь-дипольні взаємодії з високими температурами кипіння або плавлення.

Індекс

  • 1 диполярний момент
    • 1.1 Симетрія
    • 1.2 Асиметрія в нелінійних молекулах
  • 2 Орієнтації диполів
  • 3 Взаємодії водневими мостами
  • 4 Посилання

Діполярний момент

Дипольний момент μ молекули є векторною величиною. Іншими словами: це залежить від напрямків, де є градієнт полярності. Як і чому виникає цей градієнт? Відповідь полягає в зв'язках і в внутрішній природі атомів елементів.

Наприклад, у верхньому зображенні А є більш електронегативним, ніж В, тому в ланці А-В найбільша електронна щільність розташована навколо А.

З іншого боку, B "віддає" свою електронну хмару і, отже, оточена областю, яка бідна електронами. Ця різниця в електронегативності між A і B створює градієнт полярності.

Оскільки одна область багата електронами (δ-), а інша є електронно-бідною (δ +), з'являються два полюси, які, в залежності від відстаней між ними, дають різні величини μ, які визначаються для кожного з'єднання..

Симетрія

Якщо молекула даної сполуки має μ = 0, то її називають аполярною молекулою (навіть якщо вона має градієнти полярності).

Щоб зрозуміти, як симетрія - і, отже, молекулярна геометрія - відіграє важливу роль у цьому параметрі, необхідно знову розглянути зв'язок A-B.

Через різницю їх електронегативностей існують визначені регіони, багаті та бідні електронами.

Що робити, якщо посилання були A-A або B-B? У цих молекулах не було б дипольного моменту, оскільки обидва атоми притягають до них так само, як і електрони зв'язку (стовідсотковий ковалентний зв'язок)..

Як видно на зображенні, ні в молекулі A-A, ні в молекулі B-B не спостерігається багатих або електронно-бідних областей (червоний і синій). Тут інший тип сил відповідає за проведення разом2 і B2: індуковані диполь-дипольні взаємодії, також відомі як лондонські сили або дисперсійні сили.

Навпаки, якщо б молекули були типу AOA або BOB, між їхніми полюсами були б відштовхування, оскільки вони мали однакові витрати:

Регіони δ + двох молекул BOB не дозволяють проводити ефективну диполь-дипольну взаємодію; те ж саме відбувається для δ-областей двох молекул AOA. Також обидві пари молекул мають μ = 0. Градієнт полярності O-A векторно скасовується з таким, що має зв'язок A-O.

Отже, дисперсійні сили вступають у дію в парі AOA і BOB через відсутність ефективної орієнтації диполів..

Асиметрія в нелінійних молекулах

Найпростішим випадку є молекула CF4 (або тип CX4). Тут C має тетраедричну молекулярну геометрію, а електронно-багаті області знаходяться у вершинах, зокрема на електронегативних атомах F.

Градієнт полярності C-F скасовується в будь-якому з напрямків тетраедра, внаслідок чого векторна сума всіх цих рівних 0.

Таким чином, хоча центр тетраедра дуже позитивний (δ +) і його вершини дуже негативні (δ-), ця молекула не може утворити диполь-дипольні взаємодії з іншими молекулами..

Орієнтації диполів

У випадку лінійних молекул A-B вони орієнтовані таким чином, що вони утворюють найбільш ефективні диполь-дипольні взаємодії (як видно на зображенні вище). Вищезазначене застосовується таким же чином для інших геометричних структур; наприклад, кутові у випадку молекул NO2.

Таким чином, ці взаємодії визначають, чи є з'єднання A-B газом, рідиною або твердим речовиною при кімнатній температурі.

У разі з'єднання А2 і B2 (у фіолетових еліпсів), дуже ймовірно, що вони є газоподібними. Однак, якщо їх атоми дуже громіздкі і легко поляризуються (що збільшує сили Лондона), то обидва з'єднання можуть бути твердими або рідкими.

Чим сильніші диполь-дипольні взаємодії, тим більшою є когезія між молекулами; таким же чином точки плавлення і кипіння сполуки будуть вище. Це пояснюється тим, що для розриву цих взаємодій потрібні більш високі температури.

З іншого боку, підвищення температури змушує молекули вібрувати, обертатися і рухатися частіше. Ця "молекулярна агітація" погіршує орієнтації диполів і, отже, міжмолекулярні сили сполуки ослаблені.

Взаємодії водневими мостами

У верхньому зображенні показано 5 молекул води, що взаємодіють з водневими зв'язками. Це особливий тип диполь-дипольних взаємодій. Бідна до електрона область зайнята Н; і електрон-багата область (δ-) зайнята високоелектронегативними атомами N, O і F.

Тобто, молекули з атомами N, O і F, пов'язаними з Н, можуть утворювати водневі зв'язки.

Таким чином, водневі зв'язки є O-H-O, N-H-N і F-H-F, O-H-N, N-H-O і т.д. Ці молекули є постійними і дуже інтенсивними дипольними моментами, які правильно орієнтують їх на "створення більшості цих мостів"..

Вони енергетично слабкіші, ніж будь-яка ковалентна або іонна зв'язок. Хоча сума всіх водневих зв'язків у фазі сполуки (твердої, рідкої або газоподібної) змушує її проявляти властивості, які визначають її як унікальну..

Наприклад, такий випадок є водою, водні мости якої відповідають за її високу температуру кипіння і яка в льодовому стані є менш щільною, ніж рідка вода; Причина, чому айсберги плавають у морях.

Список літератури

  1. Дипольні дипольні сили. Отримано 30 травня 2018 р. З: chem.purdue.edu
  2. Безмежне навчання. Дипольна дипольна сила. Отримано 30 травня 2018 р. З: courses.lumenlearning.com
  3. Дженніфер Рушар (2016). Дипольні дипольні сили. Отримано 30 травня 2018 р. З: sophia.org
  4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (3 травня 2018 р.). Які приклади прив'язки водню? Отримано 30 травня 2018 р. З: thoughtco.com
  5. Mathews, C.K., Van Holde, K.E. і Ahern, K.G. (2002) Біохімія. Третя редакція. Addison Wesley Longman, Inc., P 33.
  6. Уіттен, Девіс, Пек і Стенлі. Хімія (8-е изд.). CENGAGE Learning, стор 450-452.
  7. Користувач Qwerter. (16 квітня 2011 року). 3D модель водневих зв'язків у туалеті. [Малюнок] Отримано 30 травня 2018 року з: commons.wikimedia.org