Čo sú dipólové dipólové sily?



dipólové dipólové sily alebo sily Keesom sú intermolekulové interakcie prítomné v molekulách s permanentnými dipólovými momentmi. Je to jeden z Van der Waalsových síl a aj keď nie je zďaleka najsilnejší, je kľúčovým faktorom, ktorý vysvetľuje fyzikálne vlastnosti mnohých zlúčenín..

Výraz "dipól" sa explicitne vzťahuje na dva póly: jeden negatívny a jeden pozitívny. Hovoríme teda o dipolárnych molekulách, keď majú definované oblasti s vysokými a nízkymi elektronickými hustotami, čo je možné len vtedy, ak elektróny "migrujú" prednostne na určité atómy: najviac elektronegatívne.

Horný obrázok znázorňuje interakcie dipólu a dipólu medzi dvoma molekulami A-B s permanentnými dipólovými momentmi. Tiež je možné pozorovať, ako sú molekuly orientované tak, že interakcie sú účinné. Týmto spôsobom pozitívna oblasť δ + priťahuje zápornú oblasť δ-.

Podľa vyššie uvedeného je možné špecifikovať, že tento typ interakcií je smerový (na rozdiel od interakcií iontového náboja-náboja). Molekuly v ich prostredí orientujú svoje póly takým spôsobom, že hoci sú slabé, súčet všetkých týchto interakcií dáva zlúčenine veľkú intermolekulovú stabilitu..

To vedie k zlúčeninám (organickým alebo anorganickým), ktoré sú schopné tvoriť dipólovo-dipólové interakcie vykazujúce vysoké teploty varu alebo teploty topenia.

index

  • 1 dipolárny moment
    • 1.1 Symetria
    • 1.2 Asymetria v nelineárnych molekulách
  • 2 Orientácie dipólov
  • 3 Interakcie vodíkovými mostíkmi
  • 4 Odkazy

Polárny moment

Dipólový moment μ molekuly je vektorová veličina. Inými slovami: záleží na smeroch, kde je gradient polarity. Ako a prečo vzniká tento gradient? Odpoveď leží v spojeniach av prirodzenej povahe atómov prvkov.

Napríklad v hornom obrázku je A viac elektronegatívny ako B, takže v spoji A-B je najvyššia hustota elektrónov umiestnená okolo A.

Na druhej strane, B "vzdáva" svoj elektronický oblak, a preto je obklopený oblasťou, ktorá je chudobná na elektróny. Tento rozdiel v elektronegativitách medzi A a B vytvára gradient polarity.

Keďže jedna oblasť je bohatá na elektróny (δ-), zatiaľ čo druhá je elektrónová (δ +), objavujú sa dva póly, ktoré v závislosti od vzdialeností medzi nimi vytvárajú rôzne veličiny μ, ktoré sú určené pre každú zlúčeninu..

symetria

Ak molekula danej zlúčeniny má μ = 0, potom sa hovorí, že je to nepolárna molekula (aj keď má gradienty polarity).

Aby sme pochopili, ako symetria - a teda aj molekulárna geometria - zohráva dôležitú úlohu v tomto parametri, je potrebné znovu zvážiť prepojenie A-B.

Kvôli rozdielu v ich elektronegativitách sú definované oblasti bohaté a chudobné na elektróny.

Čo ak odkazy boli A-A alebo B-B? V týchto molekulách by nebol žiadny dipólový moment, pretože oba atómy k nim priťahujú rovnakým spôsobom elektróny väzby (sto percent kovalentná väzba).

Ako je možné vidieť na obrázku, ani v molekule A-A ani v molekule B-B nie sú teraz bohaté alebo elektrónovo chudobné oblasti (červené a modré) pozorované. Za držanie pohromade je zodpovedný iný typ síl2 a B2: indukované dipólovo-dipólové interakcie, tiež známe ako Londýnske sily alebo disperzné sily.

Naopak, ak by molekuly boli typu AOA alebo BOB, medzi ich pólami by boli odpory, pretože majú rovnaké náboje:

8 + oblasti dvoch molekúl BOB neumožňujú účinnú interakciu dipólov a dipólov; to isté platí pre ô- oblasti dvoch molekúl AOA. Oba páry molekúl majú tiež μ = 0. Polaritový gradient O-A sa vektorovo ruší s A-0 väzbou.

V dôsledku toho sa v páre AOA a BOB vyskytujú disperzné sily v dôsledku neprítomnosti účinnej orientácie dipólov..

Asymetria v nelineárnych molekulách

Najjednoduchším prípadom je molekula CF4 (alebo zadajte CX4). Tu má C tetrahedrálnu molekulovú geometriu a oblasti bohaté na elektróny sú na vrcholoch, konkrétne na elektronegatívnych atómoch F.

Gradient polarity C-F je zrušený v ktoromkoľvek smere tetraedronu, čo spôsobuje, že súčet vektorov všetkých týchto hodnôt je rovný 0..

Teda aj keď je centrum tetraedrónu veľmi pozitívne (δ +) a jeho vrcholy sú veľmi negatívne (δ-), táto molekula nemôže vytvárať dipólovo-dipólové interakcie s inými molekulami..

Orientácie dipólov

V prípade lineárnych molekúl A-B sú tieto orientované takým spôsobom, že tvoria najúčinnejšie dipólovo-dipólové interakcie (ako je vidieť na obrázku vyššie). Vyššie uvedené platí rovnako pre iné molekulárne geometrie; napríklad uhlové v prípade molekúl NO2.

Tieto interakcie teda určujú, či je zlúčenina A-B plyn, kvapalina alebo tuhá látka pri teplote miestnosti.

V prípade zlúčenín A2 a B2 (tie fialové elipsy), je veľmi pravdepodobné, že sú plynné. Ak sú však ich atómy veľmi objemné a ľahko polarizovateľné (čo zvyšuje londýnske sily), potom obe zlúčeniny môžu byť pevné alebo kvapalné.

Čím silnejšie sú interakcie dipólu a dipólu, tým väčšia je súdržnosť medzi molekulami; rovnakým spôsobom budú teploty topenia a varu zlúčeniny vyššie. Je to preto, že sú potrebné vyššie teploty na "prerušenie" týchto interakcií.

Na druhej strane zvýšenie teploty spôsobuje, že molekuly vibrujú, otáčajú sa a pohybujú sa častejšie. Toto "molekulárne agitovanie" zhoršuje orientáciu dipólov, a preto sú medzimolekulové sily zlúčeniny oslabené.

Interakcie vodíkovými mostíkmi

Na hornom obrázku je znázornených päť molekúl interakcie s vodíkovými väzbami. Toto je špeciálny typ dipólovo-dipólových interakcií. Oblasť s nedostatkom elektrónov je obsadená H; a oblasť bohatá na elektróny (5-) je obsadená vysoko elektronegatívnymi atómami N, O a F.

To znamená, že molekuly s atómami N, O a F spojené s H môžu tvoriť vodíkové väzby.

Vodíkové väzby sú teda O-H-O, N-H-N a F-H-F, O-H-N, N-H-O, atď. Tieto molekuly predstavujú permanentné a veľmi intenzívne dipólové momenty, ktoré ich správne orientujú na „čo najviac z týchto mostov“..

Sú energeticky slabšie ako akékoľvek kovalentné alebo iónové väzby. Hoci súčet všetkých vodíkových väzieb vo fáze zlúčeniny (tuhá, kvapalná alebo plynná) spôsobuje, že vykazuje vlastnosti, ktoré ju definujú ako jedinečné..

Taký je napríklad prípad vody, ktorej vodíkové mostíky sú zodpovedné za svoju vysokú teplotu varu a ktoré sú v ľadovom stave menej husté ako kvapalná voda; dôvod, prečo sa ľadovce vznášajú v moriach.

referencie

  1. Dipólovo-dipólové sily. Získané 30. mája 2018, z: chem.purdue.edu
  2. Bezhraničné učenie. Dipólovo-dipólové sily. Získané dňa 30. mája 2018, z: courses.lumenlearning.com
  3. Jennifer Roushar (2016). Dipólovo-dipólové sily. Získané 30. mája 2018, z: sophia.org
  4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (3. mája 2018). Aké sú príklady vodíkovej väzby? Získané 30. mája 2018, z: thoughtco.com
  5. Mathews, C.K., Van Holde, K.E. a Ahern, K.G. (2002) Biochémia. Tretie vydanie. Addison Wesley Longman, Inc., P 33.
  6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chémia. (8. vydanie). CENGAGE Learning, str. 450-452.
  7. Používateľ Qwerter. (16. apríl 2011). 3D modelové vodíkové väzby v WC. [Obrázok]. Získané 30. mája 2018, z: commons.wikimedia.org