Вьюник. Лекция № 12

Мiжмолекулярнi взаємодiї

Iндукцiйна взаємодiя

Iндукцiйна взаємодiя. В багатьох випадках в молекулах виникають iндукованi диполi завдяки дiї (впливу) оточуючих молекул. Такi взаємодiї називаються iндукцiйними.

Вони роблять деякий внесок у ММВ. У випадку речовин з полярними молекулами iндукцiйна взаємодiя додається до орiєнтацiйної.

При взаємодiї ж полярних молекул з неполярними, останннi можуть поляризуватися електричним полем полярних. У неполярних молекулах виникають iндукованi дипольнi моменти. Мiж iндукованими i постiйними диполями виникає взаємодiя.

21/36

Мiжмолекулярнi взаємодiї

Iндукцiйна взаємодiя

Енергiя iндукцiйної взаємодiї посилюється з пiдвищенням здатностi молекул до поляризацiї i послаблюється зi зростанням вiдстанi мiж молекулами. Вона не залежить вiд температури.

Енергiю iндукцiйної взаємодiї можна обчислити за форму-

22/36

Мiжмолекулярнi взаємодiї

Дисперсiйна взаємодiя

Дисперсiйна взаємодiя. Виникнення орiєнтацiйних та iндукцiйних сил притягання не дає пояснення конденсованому стану iнертних газiв, водню, хлору, кисню i т.iнш. Їх конденсацiя вказує на наявнiсть ММВ.

Для пояснення цього Лондон припустив, що крiм сил притягання, зумовленних взаємодiєю постiйних i iндукованих диполiв, iснують ще так званi дисперсiйнi сили, якi дiють незалежно вiд того чи iснують другi сили зчеплення.

Вони дiють мiж любими атомами i молекулами незалежно вiд їх будови.

Енергiю дисперсiйної взаємодiї можна приблизно оцiнити

за рiвнянням Eдисп = −3α2hν6 0, де ν0-нульова енергiя, ха-

4r

рактерна для кожного атома або молекули; hν0 ≈ I1.

23/36

Мiжмолекулярнi взаємодiї

Дисперсiйна взаємодiя

Дисперсiйнi сили виникають внаслiдок синхронiзацiї тимчасових миттєвих диполiв взаємодiючих частинок. Миттєвi диполi виникають внаслiдок змiщення електронних оболонок, що перебувають у постiйному русi, вiдносно ядер.

Саме постiйний рух електронiв спричинює те, що перерозподiл зарядiв у молекулах стає несиметричним i в частинках виникають миттєвi диполi. Мiж миттєвими дiполями виникають сили притягання.

Дисперсiйна взаємодiя є унiверсальною. Якраз посиленням дисперсiйної взаємодiї можна пояснити пiдвищення Tпл та Tкип в ряду галогенiв (Табл).

24/36

Грунтуючись на викладеному можна зробити висновок, що мiж полярними молекулами дiють три рiзновидностi вандерваальсової взаємодiї, а мiж неполярними тiльки дисперсiйна.

25/36

Мiжмолекулярнi взаємодiї

Мiж полярними молекулами в деяких випадках взаємодiї зумовленi 2-ма iз цих чинникiв (табл.).

Таким чином, енергiя мiжмолекулярного притягання визначається алгебраїчною сумою: Eсум = Eор +Eiнд +Eдисп.

26/36

Мiжмолекулярнi взаємодiї

На малих вiдстаннях мiж молекулами, коли їхнi електроннi оболонки майже доторкуються одна одної, виникає сильне вiдштовхування.

Отже повну енергiю ММВ визначають алгебраїчною су-

мою енергiй притягання та вiдштовхування вiдповiдно до n m

рiвняння Eпов = Eпр + Eвiдшт = −r6 + r12, де n, m – сталi вiдповiдно називають коефiцiєнтом притягання та вiд-

штовхування.

27/36

Мiжмолекулярнi взаємодiї

Донорно-акцепторна взаємодiя

Донорно-акцепторнi взаємодiї. Якщо одна iз молекул має вiльну електронну пару, а iнша вiльну орбiталь, то мiж ними можлива донорно-акцепторна взаємодiя.

Ця взаємодiя проявляється в первинних актах i перехiдних станах багатьох реакцiй, лежить в основi каталiтичних процесiв, обумовлює сольватацiю молекул i iонiв в розчинах.

В результатi донорно-акцепторної взаємодiї утворюються молекулярнi комплекси. Вони дуже рiзноманiтнi.

Механiзм їх утворення, склад залежать вiд типу орбiталей, якi приймають участь в донорно-акцепторнiй взаємодiї.

28/36

Мiжмолекулярнi взаємодiї

Донорно-акцепторна взаємодiя

+ BF3 −−→ NH3·BF3 E = 167 кдж/моль

+ I2 I2 C6H6 π розр.

орбіталь

π- ел.

В енергетичному вiдношенi молекулярнi комплекси рiзноманiтнi. E ≈ 6 −12 Кдж/моль; E ≈ 200 Кдж/моль.

29/36

Мiжмолекулярнi взаємодiї

Водневий зв‘язок

Водневий зв‘язок. Багаточисленi експериментальнi данi свiдчать про те, що атом гiдрогену здатний сполучатися одночасно з 2-ма iншими атомами, що входять до складу рiзних молекул або однiєї i тiєї ж молекули.

З одним iз атомiв (А) гiдроген зв‘язаний сильнiше (ковалентний зв‘язок), чим з другим (В).

Останнiй зв‘зок називається водневим (Н- зв‘язок). Його зображують трьома крапками. RA−H···BR1.

Якщо енергiя звичайного хiмiчного зв‘язку становить в середньому 200-400 Кдж/моль, то у випадку Н-зв‘язку вона складає 6-40 Кдж/моль.

Проте, його енергiя перевищує вандерваальсову енергiю приблизно в 10 раз.

30/36