Общая и неорганическая химия. Лекция 15
Водородная связь. Межмолекулярное взаимодействие.
Агрегатное состояние вещества
Водородная связь
это химическое взаимодействие между частицами или внутри одной сложной частицы,
осуществляемое через уже ранее химически связанный атом водорода:
– |
+ |
– ’ |
|
R1—A— |
• • • • |
B— |
|
H |
|
• |
R2 |
|
|
||
водородная |
|
||
связь |
|
|
|
A, B – атомы элементов с высокой (F, O, N, |
|||
Cl…). |
|
|
|
Если A В, водородная связь несимметрична. |
|||
Если А В, водородная связь симметричная. |
|||
Энергия водородной связи
H |
F |
H |
F |
H |
H |
||
F |
|
F |
|
E H-св(HF)x ж 40 кДж/моль; E (H—F) = 566
кДж/моль
H |
|
Гидрат аммиака: |
|
H N |
H O |
||
E H-св = 21 кДж/моль |
|||
H |
H |
||
|
Примеры: H2O, B(OH)3, CO(NH2)2, HCOOH…
Аномалии свойств |
||
|
т.пл. |
|
(H2O)x – много водородных |
||
связей: |
|
|
2 |
1 |
|
H2S |
–86 °С |
|
H2Se |
–66 °С |
|
H2Te |
–51 °С |
|
|
|
H2O тв = 0,92 г/см3 |
Нет водородных |
H2O ж = 1,00 г/см3 (при 4 °С) |
|
связей |
|
|
O—H
Cl
Cl |
O-H Cl |
O-H |
о-хлорфенол |
|
м-хлорфенол |
(внутримолекулярная |
|
(межмолекулярная водородная |
водородная связь, при |
|
связь, разрушается при |
т.кип. не разрушается) |
|
температуре кипения) |
Т.кип.(о-хлорфенол) 175 °С т.кип.(м-хлорфенол) 214 °С
Ковалентная связь: E св 100-400 кДж/моль
H-связь: |
10-40 кДж/моль |
Межмолекулярное взаимодействие (ММВ) 5-20
кДж/моль
Силы Ван-дер-Ваальса
Межмолекулярное взаимодействие – взаимодействие молекул между собой, не приводящее к разрыву или образованию новых химических связей.
В их основе – электрические взаимодействия
(ориентационное, индукционное, дисперсионное притяжения и межмолекулярное отталкивание).
Уравнение Ван-дер-Ваальса
EW = Еор + Еинд + Едисп + Еотт
Ян-Дидерик Ван-дер-Ваальс (1837- 1923) - нидерландский физик
Ориентационное взаимодействие
Для взаимодействия двух |
+ |
|
– |
– |
|
||||||
диполей энергия |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
притяжения между ними |
|
|
|
|
|
||||||
(энергия Кеезома): |
|
|
– |
|
+ |
+ |
|
||||
E = −2 μ |
1 |
μ |
2 |
/ 4π ε |
0 |
r3, |
|
|
|||
ор. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где μ1 и μ2 - дипольные |
|
|
|
|
|
||||||
моменты |
|
|
|
|
|
|
+ |
– |
+ |
+– |
– |
взаимодействующих |
|||||||||||
диполей, r - расстояние |
|
|
|
|
|
||||||
между ними. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Реализуется в полярных |
Виллем-Хендрик |
|
|||||||||
жидкостях. |
|
|
|
|
|
КЕЕЗОМ (1876-1956) – |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
нидерландский физик. |
|
|||
Индукционное взаимодействие
|
|
|
|
Энергия притяжения |
|
|
|
|
|
между постоянным и |
|
+ |
– |
+ |
– |
наведенным диполем |
|
(энергия Дебая): |
|||||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Eинд. = −2 μнав2 γ / r6, |
|
|
|
|
|
где μнав – момент |
|
Петер ДЕБАЙ (1884- |
наведенного диполя, γ - |
||||
поляризуемость молекул, |
|||||
1966) |
|
|
|
превращаемых в |
|
Голландский ученый, |
наведенные диполи. |
||||
Реализуется в растворах |
|||||
физико-химик. |
|
неполярных веществ в |
|||
Лауреат Нобелевской |
полярных жидкостях. |
||||
премии по химии (1936 |
|
||||
г.). |
|
|
|
|
|
Дисперсионное взаимодействие
Энергия дисперсионного |
|
|
|
|
|
взаимодействия (энергия |
|
|
|
|
|
Лондона): |
+ |
– |
+ |
– |
|
Eдисп. = −2 μмгн2 γ2 / r6, |
|||||
|
|
|
|
||
где μмгн - момент |
|
|
|
|
|
мгновенного диполя. |
|
|
|
|
|
Значения энергии такого |
|
|
|
|
|
притяжения зависят |
Фриц Лондон (1900 - |
||||
размеров частиц и числа |
|||||
электронов в наведенных |
1954) - физик- |
|
|||
диполях. |
теоретик (Германия – |
||||
Реализуется в неполярных |
США). |
|
|
|
|
веществах. |
|
|
|
|
|
Межмолекулярное отталкивание |
||
Энергия отталкивания: |
Общее уравнение |
|
Eотт. = + k / rn, |
межмолекулярного |
|
где k - постоянная |
взаимодействия при |
|
постоянной температуре |
||
отталкивания, n |
||
(уравнение Леннарда- |
||
принимает различные |
||
Джонса) имеет вид |
||
целые значения (5-15). |
||
EMМВ = − a / r6 + b / r12 |
||
Силы межмолекулярного |
||
|
||
отталкивания действуют |
Джон-Эдвард Леннард- |
|
на очень малых |
||
расстояниях. |
Джонс (1894-1954) – |
|
|
английский химик- |
|
|
теоретик |
|