Взаимодействия между молекулами

Силы И.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)

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

Е_ориен увеличивается с увеличением _мол и уменьшением расстояния между молекулами.

Ч

2. Индукционная составляющая (Эффект Дебая) –

электростатическое взаимодействие полярной и неполярной молекул (рис б).

Диполи, действуя на неполярные молекулы, превращают их в индуцированные (наведенные) диполи Е_инд увеличивается с увеличением _{мол ,} уменьшением расстояния между молекулами и увеличением поляризуемости неполярной молекулы..

Еинд Еориен

ем выше температура, тем Е_ориен –меньше.

3. дисперсионная составляющая (эффект Лондона)

-электростатическое взаимодействие мгновенных диполей, возникающих за счет флуктуации электрической плотности (рис.с). В результате взаимодействия мгновенных диполей энергия системы понижается.

Е_дисп пропорциональна поляризуемости молекул и обратно пропорциональна расстоянию между центрами частиц.

Для неполярных молекул - единственная составляющая вандерваальсовых сил.

вещество	диполя	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

Минимальная энергия системы обеспечивается при расстояниях между центрами молекул 0,4 – 0,5 нм, т. е. существенно больше длины химической связи.

Как видно из табл., с увеличением размера молекул в ряду Аr – Хе и НСl – НI растет их поляризуемость и энергия дисперсионного притяжения. Ориентационное взаимодействие вносит значительный вклад в вандерваальсовы силы для молекул с большим _дип. ]

С увеличением Е возрастет Т_кип жидкостей, а также теплота их испарения.

связь, образованная положительно поляризованным водородом молекулы А – Н (или полярной группы – А – Н) и электроотрицательным атомом В другой или той же молекулы

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^+-F^- + Н^+-F^-  H-F_…H-F

могут быть разными

■ Внутримолекулярная Н-связь

о-нитрофенол (а) салициловый альдегид (б)

Е_{(н-связи)} возрастает с увеличением ЭО и уменьшением размеров атомов В:

► Несмотря на высокую ЭО, у хлора Н- связь – Н…Сl^- относительно слабая из-за большого размера атома хлора.

► Энергия водородной связи имеет промежуточное значение между энергией ковалентной связи и вандерваальсовых сил.

►У воды длина связи О–Н – 0,096 нм, а связи О…Н – 0,177 нм.

► Возникновение водородных связей приводит к образованию димеров, тримеров и других полимерных структур, например, зигзагообразных структур (НF)_n, кольцевой димерной структуры низших карбоновых кислот:

► 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.