1.12 : Moleküller Arası Kuvvetler ve Fiziksel Özellikler

Moleküller arası kuvvetler, moleküller arasında bulunan çekici kuvvetlerdir. Maddelerin erime noktaları, kaynama noktaları ve çözünürlükleri (karışabilirlikleri) gibi çeşitli toplu özellikleri belirlerler. Örneğin, su gibi yüksek kaynama noktalı bir sıvı ((H₂, kaynama noktası 100 °C), hekzan (C₆H₁₄, kaynama noktası 68,73 °C) gibi düşük kaynama noktalı bir sıvıyla karşılaştırıldığında daha güçlü moleküller arası kuvvetler sergiler. Üç tür moleküller arası etkileşim, i) iyon-dipol kuvvetlerini, ii) dipol-dipol etkileşimlerini ve iii) London dağılım kuvvetlerini içeren Van der Waals kuvvetlerini içerir.

1. İyon-Dipol Kuvvetleri

   İyon-dipol kuvvetleri, bir iyon ve bir dipol arasındaki elektrostatik çekimlerdir. Çözeltilerde yaygındırlar ve KCl gibi iyonik bileşiklerin suda çözünmesinde önemli bir rol oynarlar. İyon-dipol etkileşimlerinin gücü, i) iyonun yüküyle ve ii) polar moleküllerin dipolünün büyüklüğüyle doğru orantılıdır.

2. Dipol-Dipol Etkileşimleri

   Polar moleküllerin bir ucunda kısmi pozitif yük, diğer ucunda ise kısmi negatif yük bulunur; bu yük ayrımına dipol adı verilir. İki kalıcı dipol arasındaki çekim kuvvetine dipol-dipol çekimi adı verilir; bu, bir polar molekülün kısmen pozitif ucu ile diğerinin kısmen negatif ucu arasındaki elektrostatik kuvvettir. Hidrojen bağı, O, N veya F gibi yüksek derecede elektronegatif bir atoma bağlı hidrojen ile moleküller arasındaki bir tür dipol-dipol etkileşimidir. Bir molekülde (hidrojen bağı donörü) ortaya çıkan kısmen pozitif yüklü H atomu, güçlü bir şekilde etkileşime girebilir. Bitişik moleküller (hidrojen bağı alıcısı) üzerinde kısmen negatif yüklü bir O, N veya F atomunun yalnız bir elektron çifti ile Hidrojen bağı kaynama noktasını önemli ölçüde artırır.

3. Van der Waals ve London Dağılım Kuvvetleri

   Tüm kuvvetlerin en zayıfı, atomlar ve moleküller arasındaki moleküller arası mesafelere bağlı olan Van der Waals kuvvetleridir. Van der Waals kuvvetlerinin bir alt kümesi olan London dağılım kuvvetleri, elektron dağılımındaki geçici, kendiliğinden kaymalar nedeniyle yüksüz atomlar/moleküller arasındaki etkileşimlerin bir sonucu olarak deneyimlenir. Bu kuvvetlerin kuvvetinin, yüzey alanındaki artışa bağlı olarak molekül ağırlığının artmasıyla birlikte arttığı görülmektedir. Sonuç olarak, daha yüksek moleküler ağırlığa sahip bileşikler genellikle daha yüksek sıcaklıklarda kaynar. Dallanmış bir hidrokarbonun (neopentan) normalde ilgili düz zincirli (n-pentan) izomerinden daha küçük bir yüzey alanına ve dolayısıyla daha düşük bir kaynama noktasına sahip olması dikkat çekicidir.

4. Organik Bileşiklerin Sudaki Çözünürlüğü

   Herhangi bir oranda homojen olarak karıştırılabilen sıvılara karışabilir sıvılar denir. Karışabilen sıvılar benzer polaritelere sahiptir. Örneğin metanol ve suyun her ikisi de polardır ve hidrojen bağı yapma kapasitesine sahiptir. Karıştırıldığında, metanol ve su, metanol-metanol ve su-su etkileşimleriyle karşılaştırılabilir kuvvete sahip moleküller arası hidrojen bağları yoluyla etkileşime girer; dolayısıyla karışabilirler. Benzer şekilde, hekzan ve brom gibi polar olmayan sıvılar da dağılma kuvvetleri yoluyla birbirleriyle karışabilir. "Benzer benzeri çözer" kimyasal aksiyomu, bileşiklerin karışabilirliğini tahmin etmek için kullanışlıdır. Kayda değer ölçüde karışmayan iki sıvıya karışmaz sıvılar denir. Örneğin, polar olmayan hekzan kutupsal su ile karışmaz. Hekzan ve su arasındaki nispeten zayıf çekim kuvvetleri, su molekülleri arasındaki daha güçlü hidrojen bağlama kuvvetlerini yeterince yenemez.

Bu metin ABC’den uyarlanmıştır. Openstax, Chemistry 2e, Section 10.1: Intermolecular Forces, Section 11.3: Solubility, and Chapter 10: Liquids and Solids.