Лекция Типы межмолекулярных взаимодействий Вандерваальсовы силы

Лекция

Типы межмолекулярных взаимодействий • Вандерваальсовы силы • Водородная связь

Ван-дер-ваальсова связь наиболее универсальный вид межмолекулярной связи, обусловлен дисперсионными силами (индуцированный диполь – мгновенный диполь), индукционным взаимодействием (постоянный диполь – индуцированный диполь) и ориентационным взаимодействием (постоянный диполь – постоянный диполь).

Диполь – дипольное притяжение осуществляется между молекулами с постоянными дипольными моментами. Дипольным моментом обладают только молекулы с полярными ковалентными связями.

постоянный диполь – постоянный диполь

Индукционное притяжение осуществляется между полярными молекулами и некоторыми неполярными молекулами. Оно обусловлено возникновением у неполярной молекулы под влиянием диполя расположенной неподалеку полярной молекулы индуцированного (наведенного) диполя

постоянный диполь – индуцированный диполь

Дисперсионное притяжение возникает в результате мгновенных флуктуаций электронной плотности в молекулах. Электронные облака искажаются, что приводит к появлению в молекуле мгновенного диполя, который способен индуцировать диполь в соседней молекуле. (Ф. Лондон)

индуцированный диполь – мгновенный диполь

Дипольные моменты молекул Молекула Дип. момент, Дебай Аргон Ar Диоксид углерода CO 2 Хлороводород HCl Аммиак NH 3 Диоксид серы SO 2 Хлорбензол C 6 H 5 Cl Вода H 2 O 0 0 1. 05 1. 48 1. 63 1. 67 1. 84 Структура Неполярная молекула σ+ σ- σ+ O=C=O σ+ σH-Cl σ+ H - σ : N H σ+ σ O H+ + σS σ σ O σ+ σCl Hσ+ σ: O H σ+

Водородная связь сила притяжения, возникающая между атомом водорода и электроотрицательным атомом

Водородная связь Ее образование обусловлено тем, что в результате сильного смещения электронной пары к электроотрицательному атом водорода, обладающий эффективным положительным зарядом, может взаимодействовать с другим электроотрицательным атомом (F, O, N, реже Cl, Br, S).

Образование внутримолекулярной водородной связи. Образование межмолекулярной водородной связи

Слабые и сильные водородные связи Энергия связи, Длина связи, к. Дж/моль нм Слабые водородные связи (водородные связи в воде, 10 -30 30 аммиаке, метаноле) Сильные водородные связи (существуют в ионах: водороддифтор-ион [F-H-F]гидратированный [OH-H-OH]- ) гидроксид-ион 400 23 -24

Атомный объем химического элемента – объем 1 моля его атомов.

Атомный радиус Зная атомный объем можно вычислить объем одного атома, так как в 1 моле вещества содержится 6· 1023 атомов. Исходя из этих данных вычислим атомный радиус. v Объем и радиус атома зависят от того, как связан он с другими атомами

Атомный радиус Равен половине наименьшего межъядерного расстояния между одинаковыми атомами. Ra=b/2 b

Атомный радиус k. Вандерваальсов радиус k. Ковалентный радиус k. Металлический радиус k. Ионный радиус

Вандерваальсов радиус Равен половине наименьшего межъядерного расстояния между несвязанными атомами. Ra=b/2 b Ra - вандерваальсов радиус

Ковалентный радиус Равен половине межъядерного расстояния (длины связи) между двумя одинаковыми атомами, связанными друг с другом ковалентной связью. Ra=b/2 b Ra - ковалентный радиус b - длина связи

Молекула хлора Сl 2 Длина связи 0, 1988 нм Ковалентный радиус 0, 0944 нм Молекула хлорметана СН 3 Сl Длина связи С-Сl 0, 1767 нм Ковалентный радиус Сl 0, 0944 нм Ковалентный радиус С 0, 0773 нм Принцип аддитивности – атомные радиусы подчиняются простому закону сложения

Металлический радиус Равен половине межъядерного расстояния между двумя соседними ионами в кристаллической решетке металла. Ra=d/2 Ra - металлический радиус d

Ионный радиус Это одна из двух частей межъядерного расстояния между соседними одноатомными (простыми) ионами в кристаллическом ионном соединении (соли). Три способа упаковки ионов в кристаллической решетке b a b - межионное расстояние a - удвоенный радиус аниона (определяется экспериментально)

Для нахождения ионного радиуса предполагают, что: v межионное расстояние представляет собой сумму двух ионных радиусов b v ионы имеют сферическую форму v соседние сферы соприкасаются друг с другом a

Сопоставление радиусов различных типов Тип радиуса Радиус, нм Na ион Cl ион Катионный 0, 095 Na+ 0. 026 Cl 7+ Ковалентный 0, 156 0. 099 Металлический 0, 190 - Анионный - 0. 181 Вандерваальсов - 0. 185 Cl-

Влияние межмолекулярных сил на структуру и свойства Диполь-дипольное притяжение обуславливает втягивание молекул воды с поверхности внутрь жидкости, капли сферической формы, и объясняет существование вогнутого мениска воды.

Влияние водородной связи ΔH, к. Дж/моль 40 Энтальпия испарения гидридов элементов VI группы. H 2 O 24 H 2 Te 16 (H 2 O) H 2 S H 2 Se 8 2 3 4 5 Номер периода Вода, в которой существует водородная связь, имеет аномальное значение указанного свойства.

Влияние водородной связи СН 3 С О Н О ССН 3 О Некоторые карбоновые кислоты существуют в виде димеров, что обусловлено существованием водородной связи между двумя молекулами.

Влияние внутримолекулярной водородной связи Молекула ДНК

Влияние вандерваальсовых сил Молекулы с большим числом электронов и более диффузным распределением электронов притягиваются друг к другу сильнее, чем с малым молекулы с тесно связанными электронами.

Т кип, °С Метан -164, 0 Бутан -0, 5 Н Н С Н Н Н Н С–С–С–С Н Н Н

Т кип, °С Йод J 2 165 106 электронов Хлор Cl 2 -35 34 электрона

Вандерваальсовы силы обуславливают также связывающее взаимодействие между соседними слоями в кристаллах со слоистой структурой, как в графите или йодиде кадмия.