Диполь-дипольное (ориентационное) взаимодействие

М олекулы, обладающие отличным от нуля дипольным моментом, могут ориентироваться таким образом, что части с разноименными зарядами будут напротив друг друга. Притяжение разноименных зарядов и будет удерживать молекулы такого вещества вместе. Это силы между полярными молекулами с постоянным дипольным моментом: или ион-дипольное взаимодействие:

Зависят от величины дипольного момента молекулы и взаимного расстояния между диполями.

Если молекула попадает в электрическое поле, то происходит некоторый сдвиг электронной плотности относительно ядер – в молекуле возникает индуцированный дипольный момент:

Способность молекулы приобретать в электрическом поле индуцированный дипольный момент, а также изменять под действием электрического поля уже имеющийся дипольный момент, называется поляризуемостью молекулы

Атомы и молекулы удлиненной формы или с более „рыхлым“ электронным облаком в общем случае поляризуются лучше, чем компактные и сферической формы молекулы.

Индукционное взаимодействие - осуществляется между полярной и неполярной молекулой и обусловлено тем, что дипольные молекулы индуцируют в соседних молекулах диполи.

Индуцированные диполи взаимодействуют между собой и другими диполями, что дает выигрыш в энергии. Энергия этого взаимодействия тем больше, чем больше поляризуемость молекул. Например, в H₂S это взаимодействие больше чем в Н₂О, т.к. поляризуемость S^2- больше чем O^2-.

Дисперсионные силы или силы Лондона

Движение электронов в молекуле влияет на движение электронов в соседних молекулах: движение электронов является согласованным. Из квантовой механики следует, что вследствие корреляции электронов молекулам энергетически более выгодно быть неподалеку друг от друга. Корреляция электронов обуславливает взаимное притяжение молекул, которое называют дисперсионными силами или силами Лондона.

Дисперсионные силы действуют между различными молекулами, вне зависимости от наличия постоянного дипольного момента. При этом дисперсионные силы тем больше, чем более поляризуемой является молекула.

? В каком веществе, неопентане (CH₃-C(CH₃)₂-CH₃) или нормальном пентане (CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃), можно ожидать большего проявления дисперсионных сил?

Диполь-дипольные и дисперсионные силы называют также силами Ван-дер-Ваальса. Силы Ван-дер-Ваальса очень быстро уменьшаются с расстоянием (~1/r⁶); особенно существенны они между молекулами сжатых газов, жидкостей и в кристаллах с молекулярной решеткой.

Водородная связь

Водородная связь является разновидностью диполь-дипольного взаимодействия, когда одним из партнеров взаимодействия является атом водорода, связанный с маленьким электроотрицательным атомом (обычно F, O, N), а другим партнером – свободная электронная пара.

М аленький электроотрицательный атом оттягивает от водорода большую часть общего электронного облака, оставляя положительно заряженный протон как бы „на поверхности“ молекулы.

С вободная электронная пара другой молекулы или же другой участок с частичным отрицательным зарядом может приблизиться к такому протону ближе, чем к любому другому ядру в соседней молекуле.

Между ними возникает сильное притяжение противоположных по знаку зарядов – водородная связь:

Благодаря водородным связям молекулы объединяются в димеры и более сложные ассоциаты. Последние могут иметь линейное, разветвленное или кольцевое строение. Ассоциация приводит к повышению температуры кипения, температуры плавления и теплоты парообразования, изменению растворяющей способности и т.д.