Mitä ovat dipoli-dipolivoimat?



dipoli-dipolivoimat tai Keesomin voimat ovat sellaisia ​​molekyylien intermolekulaarisia vuorovaikutuksia, joilla on pysyvä dipolimomentti. Se on yksi Van der Waalsin voimista, ja vaikka se on kaukana vahvimmista, se on keskeinen tekijä, joka selittää monien yhdisteiden fyysiset ominaisuudet..

Termi "dipoli" viittaa nimenomaisesti kahteen napaan: yksi negatiivinen ja yksi positiivinen. Näin ollen puhumme dipolaarisista molekyyleistä, kun ne ovat määrittäneet alueita, joilla on korkea ja alhainen elektroninen tiheys, mikä on mahdollista vain, jos elektronit "siirtyvät" mieluummin tiettyihin atomeihin: kaikkein elektronegatiivisimpiin.

Ylempi kuva kuvaa kahden molekyylin A-B dipoli-dipolin välistä vuorovaikutusta pysyvien dipolimomenttien kanssa. Lisäksi voidaan havaita, miten molekyylit ovat suunnattuja siten, että vuorovaikutukset ovat tehokkaita. Tällä tavoin positiivinen alue 5 + houkuttelee negatiivisen alueen δ-.

Edellä esitetyn mukaisesti voidaan täsmentää, että tämäntyyppiset vuorovaikutukset ovat suunnattuja (toisin kuin ionisen varauksen latauksen vuorovaikutukset). Ympäristön molekyylit orientoivat pylvästään siten, että vaikka ne ovat heikkoja, kaikkien näiden vuorovaikutusten summa antaa yhdisteelle suuren molekyylitason vakauden..

Tämä johtaa yhdisteisiin (orgaaniset tai epäorgaaniset), jotka kykenevät muodostamaan dipoli-dipoli-vuorovaikutuksia, joilla on korkea kiehumis- tai sulamispiste.

indeksi

  • 1 dipolaarinen hetki
    • 1.1 Symmetria
    • 1.2 Epäsymmetria epälineaarisissa molekyyleissä
  • 2 Dipolien suunta
  • 3 Vuorisiltojen vuorovaikutus
  • 4 Viitteet

Dipolaarinen hetki

Molekyylin dipolimomentti μ on vektoripitoisuus. Toisin sanoen: se riippuu suunnista, joissa on napaisuusgradientti. Miten ja miksi tämä kaltevuus on peräisin? Vastaus liittyy elementtien atomien yhteyksiin ja luontaiseen luonteeseen.

Esimerkiksi ylemmässä kuvassa A on enemmän elektronegatiivista kuin B, joten linkissä A-B korkein elektronitiheys sijaitsee A: n ympärillä.

Toisaalta, B "luopuu" sen sähköisestä pilvestä ja siksi sitä ympäröi alue, joka on huono elektroneissa. Tämä ero elektronisoituvuuksissa A: n ja B: n välillä luo napaisuusgradientin.

Koska yksi alue on runsaasti elektroneissa (δ-), kun taas toinen on elektroni-huono (δ +), molemmat pylväät näkyvät, jotka niiden välisten etäisyyksien mukaan tuottavat μ: n suuruisia eroja, jotka määritetään kullekin yhdisteelle.

symmetria

Jos tietyn yhdisteen molekyylillä on μ = 0, sen sanotaan olevan apolaarinen molekyyli (vaikka sillä on myös napaisuusgradientit).

Jos haluat ymmärtää, kuinka symmetrialla - ja siten myös molekyylimuodolla - on tärkeä rooli tässä parametrissa, on tarpeen harkita uudelleen A-B-linkkiä.

Elektroniikan eroavaisuuksien vuoksi elektroneissa on rikkaita ja köyhiä alueita.

Entä jos linkit olivat A-A tai B-B? Näissä molekyyleissä ei olisi dipolimomenttia, koska molemmat atomit houkuttelevat heitä samalla tavalla sidoksen elektronit (sata prosenttia kovalenttista sidosta).

Kuten kuvasta näkyy, ei A-A-molekyylissä eikä B-B-molekyylissä ole havaittavissa rikkaita tai elektronisia köyhiä alueita (punaisia ​​ja sinisiä). Täällä on toisen tyyppinen joukko, joka vastaa yhdessä2 ja B2: indusoidut dipoli-dipoli-vuorovaikutukset, jotka tunnetaan myös Lontoon voimina tai dispersiovoimina.

Päinvastoin, jos molekyylit olivat AOA- tai BOB-tyyppisiä, niiden pylväiden välillä olisi vastenmielisyyksiä, koska niillä on samat maksut:

Kahden BOB-molekyylin δ + -alueet eivät salli tehokasta dipoli-dipoli-vuorovaikutusta; sama tapahtuu kahden AOA-molekyylin δ-alueilla. Molemmilla molekyylipareilla on myös μ = 0. Polaarisuusgradientti O-A peruutetaan vektorisesti A-O-sidoksen kanssa.

Näin ollen dispersiovoimat tulevat pelaamaan AOA- ja BOB-parissa, koska dipolien tehokas suunta ei ole..

Epäsymmetria epälineaarisissa molekyyleissä

Yksinkertaisin tapa on CF-molekyylin tapaus4 (tai kirjoita CX4). Tässä C: llä on tetraedrinen molekyyligeometria ja elektronirikkaat alueet ovat pisteissä, erityisesti F: n elektronegatiivisissa atomeissa..

Polaarisuusgradientti C-F mitätöidään millä tahansa tetraedronin suunnassa, mikä aiheuttaa kaikkien näiden vektorien summan 0: ksi..

Näin ollen, vaikka tetraedronikeskus on hyvin positiivinen (δ +) ja sen huiput hyvin negatiiviset (δ-), tämä molekyyli ei voi muodostaa dipoli-dipoli-vuorovaikutuksia muiden molekyylien kanssa.

Dipolien suunta

Lineaaristen molekyylien A-B tapauksessa ne on suunnattu siten, että ne muodostavat tehokkaimmat dipoli-dipoli-vuorovaikutukset (kuten edellä olevasta kuvasta nähdään). Edellä mainittu on sovellettavissa samalla tavalla muille molekyyli- geometreille; esimerkiksi N-molekyylien tapauksessa kulmat2.

Siten nämä vuorovaikutukset määrittävät, onko yhdiste A-B kaasu, neste tai kiinteä aine huoneenlämpötilassa.

Yhdisteiden A tapauksessa2 ja B2 (purppuran ellipsien), on hyvin todennäköistä, että ne ovat kaasumaisia. Jos niiden atomit ovat hyvin suuria ja helposti polarisoituvia (mikä lisää Lontoon voimia), niin molemmat yhdisteet voivat olla kiinteitä tai nestemäisiä.

Mitä voimakkaampi on dipoli-dipoli-vuorovaikutus, sitä suurempi on molekyylien välinen yhteenkuuluvuus; samalla tavalla yhdisteen sulamis- ja kiehumispisteet ovat suurempia. Tämä johtuu siitä, että korkeampia lämpötiloja tarvitaan näiden vuorovaikutusten "rikkomiseksi".

Toisaalta lämpötilan nousu johtaa siihen, että molekyylit värisevät, pyörivät ja liikkuvat useammin. Tämä "molekulaarinen sekoitus" heikentää dipolien suuntauksia ja siksi yhdisteen molekyylien väliset voimat heikkenevät.

Veteen liittyvien siltojen vuorovaikutus

Ylemmässä kuvassa näytetään viisi vesimolekyyliä vuorovaikutuksessa vety- sidosten kanssa. Tämä on erityinen dipoli-dipoli-vuorovaikutusten tyyppi. Elektroni-köyhä alue on H; ja elektronirikkaan alueen (δ-) ovat erittäin elektronegatiiviset atomit N, O ja F.

Toisin sanoen molekyyleihin, joissa on N, O ja F atomeja, voi olla vety-sidoksia.

Siten vety- sidokset ovat O-H-O, N-H-N ja F-H-F, O-H-N, N-H-O jne. Nämä molekyylit esittävät pysyviä ja erittäin voimakkaita dipolimomentteja, jotka suuntaavat ne oikein "hyödyntämään näitä siltoja"..

Ne ovat energisesti heikompia kuin mikään kovalenttinen tai ioninen sidos. Vaikka kaikkien vetysidosten summa yhdisteen faasissa (kiinteä, nestemäinen tai kaasumainen) aiheuttaa sen, että sillä on ominaisuuksia, jotka määrittelevät sen ainutlaatuisena.

Esimerkiksi sellainen koskee vettä, jonka vetysillat ovat vastuussa sen korkealta kiehumispisteestä ja jotka jäätilassa ovat vähemmän tiheitä kuin nestemäinen vesi; miksi jäävuoret kelluvat merillä.

viittaukset

  1. Dipoli-Dipolivoimat. Haettu 30.5.2018 osoitteesta: chem.purdue.edu
  2. Rajoittamaton oppiminen. Dipole-Dipole Force. Haettu 30.5.2018 osoitteesta: courses.lumenlearning.com
  3. Jennifer Roushar (2016). Dipoli-Dipolivoimat. Haettu 30.5.2018 osoitteesta: sophia.org
  4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (3. toukokuuta 2018). Mitä esimerkkejä vedyn sitomisesta? Haettu 30. toukokuuta 2018 osoitteesta thinkco.com
  5. Mathews, C. K., Van Holde, K.E. ja Ahern, K.G. (2002) Biokemia. Kolmas painos. Addison Wesley Longman, Inc., P 33.
  6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemia. (8. painos). CENGAGE-oppiminen, s. 450-452.
  7. Käyttäjä Qwerter. (16. huhtikuuta 2011). 3D-mallin vetysidokset WC: ssä. [Kuva]. Haettu 30.5.2018 osoitteesta: commons.wikimedia.org