Атомы и молекулы взаимодействуют посредством связей (или сил): внутримолекулярных и межмолекулярных. Силы являются электростатическими, поскольку они возникают в результате взаимодействий (притяжения или отталкивания) между заряженными частицами (постоянными, частичными или временными зарядами) и существуют с различной силой между ионами, полярными, неполярными и нейтральными молекулами. Различные типы межмолекулярных сил: ионный & # 8211; диполь, дипольный & # 8211; диполь, водородные связи и дисперсия; Среди них дипольные & # 8211; дипольные, водородные связи и дисперсионные силы существуют между нейтральными атомами и молекулами и в совокупности известны как силы Ван-дер-Ваальса.
Дипольные & # 8211; дипольные силы
Полярные молекулы имеют частичный положительный заряд на одном конце и частичный отрицательный заряд на другом конце молекулы - разделение зарядов, называемое диполем . В полярной молекуле, такой как HCl, более электроотрицательный атом Cl несет частичный отрицательный заряд, тогда как менее электроотрицательный атом H несет частичный положительный заряд. Сила притяжения между молекулами HCl возникает в результате притяжения между положительным концом одной молекулы HCl и отрицательным концом другой. Эта сила притяжения называется дипольным & # 8211; дипольным притяжением - электростатической силой между частично положительным концом одной полярной молекулы и частично отрицательным концом другой.
Силы рассеивания
Одна из трех сил Ван-дер-Ваальса присутствует во всех конденсированных фазах, независимо от природы атомов или молекул, составляющих вещество. Эта сила притяжения называется лондонской дисперсионной силой в честь американского физика немецкого происхождения Фрица Лондона, который в 1928 году впервые ее объяснил. Эту силу часто называют просто дисперсионной силой. Поскольку электроны атома или молекулы находятся в постоянном движении (или, альтернативно, их положение подвержено квантово-механической изменчивости), в любой момент времени у атома или молекулы может возникнуть временный мгновенный диполь, если его электроны распределены. асимметрично. Присутствие этого диполя, в свою очередь, может искажать электроны соседнего атома или молекулы, создавая индуцированный диполь. Эти два быстро колеблющихся временных диполя, таким образом, приводят к относительно слабому электростатическому притяжению между видами - так называемой дисперсионной силе.
Дисперсионные силы, возникающие между атомами в разных молекулах, могут притягивать эти две молекулы друг к другу. Однако силы относительно малы и становятся значительными только тогда, когда молекулы находятся очень близко друг к другу. Более крупные и тяжелые атомы и молекулы демонстрируют более сильные дисперсионные силы, чем более мелкие и легкие атомы и молекулы. F 2 и Cl 2 - газы при комнатной температуре (отражающие более слабые силы притяжения); Br 2 - жидкость, а I 2 - твердое тело (отражающее более сильные силы притяжения).
Водородная связь
Фторид нитросила (ОНФ, молекулярная масса 49 аму) — газ при комнатной температуре, в то время как вода (H2O, молекулярная масса 18 аму) — жидкость, хотя она имеет более низкую молекулярную массу. Обе молекулы имеют примерно одинаковую форму, а ONF — более тяжелую и большую молекулу. Таким образом, ожидается, что она будет испытывать более значительные силы рассеивания. Кроме того, эта разница в точках кипения не может быть результатом различий в дипольных моментах молекул. Обе молекулы полярны и демонстрируют сравнимые дипольные моменты. Большая разница между точками кипения обусловлена особенно сильным притяжением диполя-диполя, которое может произойти, когда молекула содержит атом водорода, связанный с атомом фтора, кислорода или азота (три самых электрических элемента). Очень большое отличие электроотрицательности между атомом H (2.1) и атомом, к которому он связан (4.0 для атома F, 3.5 для атома O, Или 3.0 для атома N), в сочетании с очень малым размером атома H и относительно небольшими размерами атомов F, O или N, приводит к высококонцентрированным частичным зарягам с этими атомами. Молекулы с благочестием F-H, O-H или N-H очень сильно притягиваются к подобному благочестию в близлежащих молекулах, особенно сильный тип дипольного-дипольного притяжения, называемый водородным связывание. Примерами водородных связей являются HF⋯HF, H2O⋯HOH и H3N⋯HNH2, в которых водородные связи обозначаются точками.
Ионодипольных сил
Ионодипольная сила — это электростатическое притяжение между ионом и дипоном. Эти силы распространены в решениях и играют важную роль в растворении ионных соединений в воде.
При добавлении ионного соединения, такого как KCl, к полярному растворителю, например, воде, ионы в твердом веществе разделяются и равномерно распределяются. Ионодипольные силы притягивают положительный (водородный) конец молекул полярной воды к отрицательным ионам хлорида на поверхности твердого тела, и они притягивают отрицательные (кислородные) концы к положительным ионам калия. Молекулы воды окружают отдельные ионы K+ и CL-, уменьшая сильные интерионные силы, связывающие ионы (в твердом состоянии) и позволяя им переместиться в раствор в качестве разрешимости ионов. Преодоление электростатическое притяжение позволяет осуществлять независимое движение каждого гидрированного иона в разбавленном раствор, так как ионы переходят из фиксированных положений в нерастворенном соединении в широко рассредоточенные, разрешимость ионы в раствор.
Сила ион-дипольных взаимодействий прямо пропорциональна i) заряду на ионе и II) величине диполя полярных молекул.
Этот текст адаптирован изOpenstax, Химия 2е изд., Глава 10: Жидкости и твердые вещества.
Из главы 2:
Now Playing
Биохимия клетки
55.4K Просмотры
Биохимия клетки
16.6K Просмотры
Биохимия клетки
32.8K Просмотры
Биохимия клетки
20.7K Просмотры
Биохимия клетки
27.3K Просмотры
Биохимия клетки
17.6K Просмотры
Биохимия клетки
29.1K Просмотры
Биохимия клетки
21.3K Просмотры
Биохимия клетки
45.7K Просмотры
Биохимия клетки
21.8K Просмотры
Биохимия клетки
5.9K Просмотры
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены