Общая химия (дистанционная обучение) / lk4mezhmol

Взаимодействия между молекулами

Силы Ван-дер-Ваальса (голланд.ученый, 1873 г.) – силы межмолекулярного взаимодействия (взаимодействия между молекулами), проявляющиеся на расстояниях, превосходящих размеры частиц.

Три составляющие вандерваальсовых сил:

(в зависимости от природы системы)

а. ОРИЕНТАЦИОННАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ ИЛИ ДИПОЛЬ-ДИПОЛЬНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ – электростатическое взаимодействие полярных молекул при сближении (рис.а)

Е_ор увеличивается с увеличением m_мол и уменьшением расстояния между молекулами.

Ч

b. индукционная составляющая

- электростатическое взаимодействие полярной и неполярной молекул (рис. b).

Диполи, действуя на неполярные молекулы, превращают их в индуцированные (наведенные) диполи.

Е_инд увеличивается с увеличением m_{мол ,} уменьшением расстояния между молекулами и увеличением поляризуемости неполярной молекулы.

Е_инд <Е_ор

ем выше температура, тем Е_ор –меньше.

c. дисперсионная составляющая (эффект Лондона)

-электростатическое взаимодействие мгновенных диполей, возникающих за счет флуктуации электрической плотности между неполярными молекулами (рис.с). В результате согласованного (синхронного) движения мгновенных диполей энергия системы понижается.

Е_дис – энергия взаимодействия мгновенных диполей пропорциональна поляризуемости молекул и обратно пропорциональна расстоянию между центрами частиц.

Для неполярных молекул - дисперсионная –единственная из составляющих вандерваальсовых сил.

В системе, состоящей из:

◄ полярных молекул:

åЕ_в = Е_ор + Е_инд + Е_дис

◄ полярных и неполярных молекул:

åЕ_в = Е_инд + Е_дис

◄ неполярных молекул:

åЕ_в = Е_дис

вещество	mдиполя	Поляризуемость, М3×1030	Энергия взаимодействия, кДж/моль				Ткип,К
			ориентационная	Индукционная	Дисперсионная	Суммарная
H2 Ar Xe HCl HBr HI NH3	0 0 0 1,03 0,78 0,38 1,52	0,8 1,64 4,16 2,64 3,62 5,42 2,23	0 0 0 3,3 1,1 0,6 13,3	0 0 0 1,0 0,70 0,3 1,5	0,17 8,5 18,4 16,8 28,5 60,6 14,7	0,17 8,5 18,4 21,1 30,3 61,5 29,5	20,2 76 167 188 206 238 239,6

åЕ_в – на 1-2 порядка ниже Е хим.св. → Таблица.

С увеличением размера молекул в ряду Аr – Хе и НСl – НI растет их поляризуемость и Е_дис → Таблица.

Е_ор вносит значительный вклад в åЕ_в для молекул с большим m_дип. → Таблица.

С увеличением åЕ_в возрастет Т_кип жидкостей, а также теплота их парообразования. → Таблица.

Взаимодействие между положительно поляризованным водородом молекулы А – Н (или полярной группы – А – Н) и электроотрицательным атомом В другой или той же молекулы называется водородной связью.

м е ж м о л е к у л я р н а я внутримолекулярная

■ Межмолекулярная Н-связь

А – Н + В – R ® А – Н^….В – R

водород способен глубоко внедряться в электронную оболочку соседнего отрицательно поляризованного атома.

Атомы А и В могут быть одинаковыми

Н^d+-F^d- + Н^d+-F^d- ® H-F^….H-F

могут быть разными

■ Внутримолекулярная Н-связь

о-нитрофенол (а) салициловый альдегид (б)

► Энергия водородной связи Е_Н-св имеет промежуточное значение между энергией ковалентной связи Е хим.св. и вандерваальсовых сил åЕ_в.

► Возникновение водородных связей приводит к образованию димеров, тримеров и других полимерных структур, например, зигзагообразных структур (НF)_n,

► Межмолекулярные Н-связи изменяют свойства веществ: повышают вязкость, диэлектрическую постоянную, температуру кипения и плавления, теплоту плавления и парообразования.

Н₂О, НF и NН₃ - аномально высокие Т_кип и Т_пл.

ДОНОРНО – АКЦЕПТОРНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ

МЕЖДУ МОЛЕКУЛАМИ

- Осуществляется, если одна из молекул имеет атом со свободными орбиталями, а другая – атом с внешней парой неподеленных электронов.

Пример:

- между различными молекулами

:NH₃ + BF₃ = NH₃^.BF₃

Суммарная валентность азота равна 4 и бора равна 4.

- между одинаковыми молекулами

AlCl₃ + AlCl₃ = Al₂Cl₆

ВЫВОД: Таким образом между молекулами существуют неспецифические (силы Ван дер Вальса) и специфические (водородные связи, донорно-акцепторные) взаимодействия.