Межмолекулярные взаимодействия

• Какие молекулы называют полярными?

• К какому ат ому смещена электронная пло тность в молекуле воды?

• Расставьте частичные заряды в формуле углекислого газа.

Почему при одних и тех же условиях

одни вещества — газы, а другие — жидкости или кристаллы? Причина этого — взаимодействие молекул вещества. Межмолекулярные взаимодействия имеют электростатическую природу и не приводят к разрыву или образованию химических связей.

Силы межмолекулярного притяжения могут иметь ориентационную и дисперсионную природу.

Ориентационное взаимодействие возникает между полярными молекулами, т. е. диполями. При этом диполи ориентируются таким образом, чтобы между разноимёнными полюсами молекул возникали силы электростатического притяжения.

Дисперсионное взаимодействие возможно между неполярными молекулами, так как в них в течение короткого времени наблюдается неравномерное распределение электронной плотности, т. е. образуются мгновенные диполи. Существование неполярных веществ в твёрдом состоянии можно объяснить наличием дисперсионного взаимодействия.

Межмолекулярные взаимодействия возникают за счёт притяжения раз-

ноимённо заряженных участков молекул.

Как в молекулах возникают заряженные участки? Вы уже знаете, что ковалентные связи, возникающие между атомами разных элементов, всегда в той или иной степени полярны: электронная плотность смещается в сторону более электроотрицательного атома. В результате на более электроотрицательном атоме возникает частичный отрицательный заряд, на менее электроотрицательном — частичный положительный. Пример полярной молекулы — молекулы воды Н2О:

44

Бывает, что в молекуле есть полярные связи, но сама молекула неполярна. Например, в линейной молекуле CO2 атомы кислорода оттягивают электронную плотность с атома углерода в разные стороны:

В целом молекула неполярна, хотя в ней есть распределение частичных зарядов.

Чем прочнее межмолекулярные взаимодействия тем выше температуры

плавления и кипения вещества.

Водородная связь. Для однотипных соединений элементов одной группы межмолекулярные взаимодействия тем сильнее, чем больше электронов в атоме элемента, т. е. чем ниже он находится в таблице Менделеева. А значит, чем тяжелее элемент, тем выше температуры плавления и кипения соответствующего соединения. Например, у соединений элементов IVA-группы с водородом температуры плавления и кипения растут сверху вниз (рис. 12).

Сравните эту зависимость с такими же зависимостями для элементов групп VA, VIA и VIIA (рис. 13).

Рис. 12. Температуры плавления и кипения водородных соединений элементов IVA-группы

Рис. 13. Температуры плавления и кипения водородных соединений элементов VA—VIIA-групп

45

Видно, что температуры плавления и кипения воды H2O, аммиака NH3 и фтороводорода HF резко выпадают из общей закономерности — они гораздо выше. Это может означать только одно: между молекулами этих веществ существует какой-то специфический тип связи, которого нет между молекулами остальных соединений.

Такой тип межмолекулярного взаимодействия получил название водородной связи. Она образуется между атомом водорода и неподелённой электронной парой атома электроотрицательного элемента (N, O или F).

Чтобы образовать водородную связь атом водорода должен быть кова-

лентно связан с атомом азота, кислорода или фтора.

Водородную связь обозначают пунктиром (рис. 14).

Сколько водородных связей может образовать молекула HF?

Почему температуры плавления и кипения у воды заметно выше, чем у аммиака и фтороводорода?

Помимо аномально высоких температур плавления и кипения водородные связи обусловливают высокую теплоёмкость воды. Они же обусловливают высокую вязкость серной и фосфорной кислот, глицерина и многих других веществ. Кроме того, водородные связи играют важнейшую роль в живых организмах, поддерживая форму молекул ДНК и белков.

Механизм образования водородной связи довольно сложен.

Межмолекулярные взаимодействия. Водородная связь

Рис. 14. Образование водородных связей между молекулами воды

46

1.Какие связи прочнее: ковалентные или межмолекулярные?

2.Как связана прочность межмолекулярных взаимодействий с температурами плавления и кипения вещества?

3.Перерисуйте формулы в тетрадь. Подчеркните молекулы, способные образовывать между собой водородные связи. Обведите кружком атомы водорода, способные образовывать водородные связи.

4.Температура кипения фтороформа CHF3 составляет –82 °С, хлороформа

CHCl3 — +61 °С. Есть ли водородные связи во фтороформе?

Ямогу объяснить на чём основаны межмолекулярные взаимодействия

Язнаю между какими атомами возникает водородная связь

47