Взаимодействия между частицами вещества

Между частицами вещества в конденсированном состоянии действуют силы притяжения:

• вандерваальсовы силы,

• донорно-акцепторные взаимодействия,

• водородные межмолекулярные связи.

Вандерваальсовы силы - силы межмолекулярного взаимодействия, проявляющиеся на расстояниях, превосходящих размеры частиц (электростатическая природа). Е_ванд << Е_х.с

Три составляющих вандерваальсовых сил:

1. Ориентационная составляющая или диполь-дипольное взаимодействие - взаимодействие полярных молекул при их сближении (рис. а)

2 . Индукционная составляющая - взаимодействие неполярной молекулы с полярной (рис. b) или внешним электрическим полем. Электрическое поле диполя, действуя на неполярную молекулу, деформирует ее и превращает в индуцированный (наведенный) диполь

3.Дисперсионная составляющая (эффект Лондона) - взаимодействие мгновенных диполей, возникающих за счет флуктуации электрической плотности (рис. с). Е_дисп - единственная составляющая вандерваальсовых сил для неполярных молекул

Е_индЕ_ориенЕ_дисп и Е_ванд = Е_инд +Е_ориен +Е_дисп . С ↑Е возрастет Т_кип жидкостей, а также теплота их испарения.

Например, в системах из молекул HCl, HBr, HI возможны все виды вандерваальсовых взаимодействий: ориентационное, индукционное, дисперсионное, так как эти молекулы - полярные (двухатомные молекулы сложных веществ с линейной структурой). В ряду НCl–HBr–HI растет энергия межмолекулярного взаимодействия: Е_HI > Е _HBr > Е _HCl, поэтому в этом ряду возрастает Т_кип..

Донорно-акцепторное взаимодействие молекул

происходит при наличии у атома одной молекулы – неподеленной пары ē, а у атома другой молекулы – свободной АО: KF + BF₃ → K[BF₄]

В молекуле KF неподеленная пара ē : F^-… 2s²2p⁶ (F^-донор)

В молекуле BF₃свободная АО: B^*…2s¹2p² (B^* акцептор)

Между этими молекулами возникает ковалентная связь по донорно-акцепторному механизму.

Водородная межмолекулярная связь

это связь, образованная положительно поляризованным атомом водорода одной молекулы - А-Н и электроотрицательным атомом В - другой молекулы

Межмолекулярная Н-связь: А^- – Н⁺ + В^- – R ® А^- – Н⁺ ... В^- – R

^{водородная связь}

Атомы А и В – одинаковые: Н^d+- F^d- + Н^d+- F^d- ® H-F ... H-F

Атомы А и В – разные:

Признак водородной связи: расстояние между ядром Н и ядром атома В меньше, чем это расстояние при вандерваальсовом взаимодействии. Наиболее прочные связи с элементами II периода: - Н ... F- > -Н ... O= > -Н ... N≡

Энергия водородной связи имеет промежуточное значение между энергией ковалентной связи и вандерваальсовыми силами.

Возникновение водородных связей приводит к ассоциации молекул: к образованию димеров, тримеров и других полимерных структур, зигзагообразных структур (НF)_n, спиральных структур белков, кристаллического строения льда, кольцевой димерной структуры низших карбоновых кислот и др. Межмолекулярные Н-связи изменяют свойства веществ: повышают вязкость, диэлектрическую постоянную, температуру кипения и плавления, теплоту плавления и парообразования вещества: Н₂О, НF и NН₃ - аномально высокие Т_кип и Т_пл.

ПРИМЕР. Чем Вы объясните более высокую температуру кипения NH₃ по сравнению с PH₃?

Обе молекулы – полярны. Между молекулами РН₃ – вандерваальсовы взаимодействия, а в системе, состоящей из молекул NH₃ кроме вандерваальсовых взаимодействий присутствуют межмолекулярные водородные связи, следовательно, для фазового перехода NH₃ нужно приложить больше энергии и Т_кипNH₃ выше.