Каковы диполь-дипольные силы?



дипольные дипольные силы или силы Кеесома - это те межмолекулярные взаимодействия, которые присутствуют в молекулах с постоянными дипольными моментами. Это одна из сил Ван-дер-Ваальса, и, хотя она далеко не самая сильная, она является ключевым фактором, объясняющим физические свойства многих соединений..

Термин «диполь» явно относится к двум полюсам: один отрицательный и один положительный. Таким образом, мы говорим о дипольных молекулах, когда они определили области высокой и низкой электронной плотности, что возможно только в том случае, если электроны «мигрируют» преимущественно к определенным атомам: наиболее электроотрицательным.

Верхнее изображение иллюстрирует диполь-дипольные взаимодействия между двумя молекулами A-B с постоянными дипольными моментами. Также можно наблюдать, как молекулы ориентированы так, чтобы взаимодействия были эффективными. Таким образом, положительная область δ + притягивает отрицательную область δ-.

В соответствии с вышеизложенным можно указать, что этот тип взаимодействий является направленным (в отличие от взаимодействий ион-заряд-заряд). Молекулы в их среде ориентируют свои полюса таким образом, что, хотя они и являются слабыми, сумма всех этих взаимодействий дает большую межмолекулярную стабильность соединению.

Это приводит к соединениям (органическим или неорганическим), способным образовывать диполь-дипольные взаимодействия, проявляющим высокие точки кипения или плавления.

индекс

  • 1 дипольный момент
    • 1.1 Симметрия
    • 1.2 Асимметрия в нелинейных молекулах
  • 2 Ориентация диполей
  • 3 Взаимодействие водородных мостиков
  • 4 Ссылки

Диполярный момент

Дипольный момент молекулы молекулы является векторной величиной. Другими словами: это зависит от направлений, где есть градиент полярности. Как и почему возникает этот градиент? Ответ заключается в связях и внутренней природе атомов элементов..

Например, на верхнем изображении A является более электроотрицательным, чем B, поэтому в звене A-B наибольшая плотность электронов расположена вокруг A.

С другой стороны, B «отказывается» от своего электронного облака и, следовательно, окружен областью, в которой мало электронов. Эта разница в электроотрицательности между A и B создает градиент полярности.

Поскольку одна область богата электронами (δ-), а другая - бедна электронами (δ +), появляются два полюса, которые в зависимости от расстояний между ними дают разные величины µ, что определяется для каждого соединения.

симметрия

Если молекула данного соединения имеет μ = 0, то она называется аполярной молекулой (даже если она имеет градиенты полярности).

Чтобы понять, как симметрия - и, следовательно, молекулярная геометрия - играет важную роль в этом параметре, необходимо снова рассмотреть связь A-B.

Из-за разницы в их электроотрицательности существуют определенные области, богатые и бедные электронами..

Что, если ссылки были A-A или B-B? В этих молекулах не было бы дипольного момента, поскольку оба атома притягивали к ним одинаково электроны связи (стопроцентная ковалентная связь).

Как видно на изображении, ни в молекуле A-A, ни в молекуле B-B в настоящее время не наблюдается богатых или бедных электронами областей (красного и синего). Здесь другой тип сил отвечает за удержание вместе2 и Б2: индуцированные диполь-дипольные взаимодействия, также известные как лондонские силы или дисперсионные силы.

Напротив, если бы молекулы были типа AOA или BOB, между их полюсами были бы отталкивания, потому что они имеют одинаковые заряды:

Области δ + двух молекул БОБ не позволяют эффективно диполь-дипольное взаимодействие; то же самое происходит для δ-областей двух молекул АОА. Также обе пары молекул имеют μ = 0. Градиент полярности O-A отменяется векторно с градиентом связи A-O.

Следовательно, дисперсионные силы вступают в игру в паре АОА и БОБ из-за отсутствия эффективной ориентации диполей..

Асимметрия в нелинейных молекулах

Самый простой случай - это случай молекулы CF4 (или введите CX4). Здесь C имеет тетраэдрическую молекулярную геометрию, а области, богатые электронами, находятся в вершинах, особенно на электроотрицательных атомах F.

Градиент полярности C-F отменяется в любом из направлений тетраэдра, в результате чего векторная сумма всех этих значений равна 0.

Таким образом, хотя центр тетраэдра очень положительный (δ +) и его вершины очень отрицательные (δ-), эта молекула не может образовывать диполь-дипольные взаимодействия с другими молекулами.

Ориентация диполей

В случае линейных молекул A-B они ориентированы таким образом, что они образуют наиболее эффективные диполь-дипольные взаимодействия (как видно на изображении выше). Вышеупомянутое применимо таким же образом для других молекулярных геометрий; например, угловые в случае молекул NO2.

Таким образом, эти взаимодействия определяют, является ли соединение A-B газом, жидкостью или твердым веществом при комнатной температуре..

В случае соединений А2 и Б2 (те из фиолетовых эллипсов), очень вероятно, что они являются газообразными. Однако, если их атомы являются очень громоздкими и легко поляризуемыми (что увеличивает силы Лондона), то оба соединения могут быть твердыми или жидкими.

Чем сильнее диполь-дипольные взаимодействия, тем больше сцепление между молекулами; таким же образом, точки плавления и кипения соединения будут выше. Это связано с тем, что для «разрыва» этих взаимодействий необходимы более высокие температуры..

С другой стороны, повышение температуры заставляет молекулы вибрировать, вращаться и двигаться чаще. Это «молекулярное возбуждение» ухудшает ориентацию диполей и, следовательно, межмолекулярные силы соединения ослабляются.

Взаимодействие водородных мостиков

На верхнем изображении показаны пять молекул воды, взаимодействующих с водородными связями. Это особый тип диполь-дипольных взаимодействий. Область бедных электронами занята H; и область, богатая электронами (δ-), занята сильно электроотрицательными атомами N, O и F.

То есть молекулы с атомами N, O и F, связанными с Н, могут образовывать водородные связи.

Таким образом, водородными связями являются O-H-O, N-H-N и F-H-F, O-H-N, N-H-O и др. Эти молекулы представляют постоянные и очень интенсивные дипольные моменты, которые правильно ориентируют их, чтобы «максимально использовать эти мосты».

Они энергетически слабее любой ковалентной или ионной связи. Хотя сумма всех водородных связей в фазе соединения (твердого, жидкого или газообразного) заставляет его проявлять свойства, которые определяют его как уникальное.

Например, так обстоит дело с водой, водородные мостики которой ответственны за ее высокую температуру кипения и которая в ледяном состоянии менее плотна, чем жидкая вода; причина, почему айсберги плавают в морях.

ссылки

  1. Диполь-дипольные силы. Получено 30 мая 2018 г. по адресу: chem.purdue.edu
  2. Безграничное обучение. Диполь-диполь сила. Получено 30 мая 2018 г. по адресу: courses.lumenlearning.com
  3. Дженнифер Рушар (2016). Диполь-дипольные силы. Получено 30 мая 2018 г. с сайта sophia.org.
  4. Хельменстин, Анна Мари, доктор философии (3 мая 2018 г.). Каковы примеры водородных связей? Получено 30 мая 2018 г.
  5. Мэтьюз К.К., Ван Холде К.Е. и Ахерн, К.Г. (2002) Биохимия. Третье издание. Addison Wesley Longman, Inc., P 33.
  6. Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. Химия. (8-е изд.). CENGAGE Learning, стр. 450-452.
  7. Пользователь Qwerter. (16 апреля 2011 г.) 3D модель водородных связей в туалете. [Рисунок]. Получено 30 мая 2018 г. с сайта commons.wikimedia.org.