ЧТО ТАКОЕ ДИПОЛЬ-ДИПОЛЬНЫЕ СИЛЫ? - ХИМИЯ - 2025

В диполь дипольные силы или силы Кеезомом являются межмолекулярные взаимодействия присутствующих в молекулах с постоянными дипольными моментами. Это одна из сил Ван-дер-Ваальса, и, хотя она далеко не самая сильная, она является ключевым фактором, объясняющим физические свойства многих соединений.

Термин «диполь» явно относится к двум полюсам: одному отрицательному и одному положительному. Таким образом, мы говорим о дипольных молекулах, когда они имеют определенные области высокой и низкой электронной плотности, что возможно только в том случае, если электроны преимущественно «мигрируют» к определенным атомам: наиболее электроотрицательным.

Верхнее изображение иллюстрирует диполь-дипольные взаимодействия между двумя молекулами AB с постоянными дипольными моментами. Точно так же можно наблюдать, как молекулы ориентированы таким образом, чтобы взаимодействия были эффективными. Таким образом, положительная область δ + притягивает отрицательную область δ-.

В соответствии с вышеизложенным можно указать, что этот тип взаимодействия является направленным (в отличие от ионных заряд-зарядовых взаимодействий). Молекулы в их окружении ориентируют свои полюса таким образом, что, хотя они и являются слабыми, сумма всех этих взаимодействий дает соединению большую межмолекулярную стабильность.

Это приводит к тому, что соединения (органические или неорганические), способные образовывать диполь-дипольные взаимодействия, демонстрируют высокие температуры кипения или плавления.

Дипольный момент

Дипольный момент µ молекулы - это векторная величина. Другими словами: это зависит от направлений, где есть градиент полярности. Как и почему возникает этот градиент? Ответ кроется в связях и во внутренней природе атомов элементов.

Например, на верхнем изображении A более электроотрицательна, чем B, поэтому в связи AB самая высокая плотность электронов расположена вокруг A.

С другой стороны, B «отказывается» от своего электронного облака и, следовательно, окружается бедной электронами областью. Эта разница в электроотрицательности между A и B создает градиент полярности.

Поскольку одна область богата электронами (δ-), а другая бедна электронами (δ +), появляются два полюса, которые, в зависимости от расстояний между ними, порождают разные величины µ, которые определяются для каждого соединения. ,

симметричность

Если молекула определенного соединения имеет µ = 0, то она называется аполярной молекулой (даже если у нее есть градиенты полярности).

Чтобы понять, как симметрия - и, следовательно, геометрия молекулы - играет важную роль в этом параметре, необходимо снова рассмотреть связь AB.

Из-за разницы в их электроотрицательности существуют определенные области, богатые и бедные электронами.

Что, если бы ссылки были AA или BB? В этих молекулах не будет дипольного момента, поскольку оба атома притягивают к себе одинаково электроны связи (стопроцентная ковалентная связь).

Как видно на изображении, ни в молекуле AA, ни в молекуле BB теперь не видны области, богатые или бедные электронами (красный и синий). Здесь другой тип сил отвечает за удержание A ₂ и B _{2 вместе} : индуцированные диполь-дипольные взаимодействия, также известные как силы Лондона или силы дисперсии.

Напротив, если бы молекулы были типа AOA или BOB, между их полюсами возникло бы отталкивание, потому что они имеют одинаковые заряды:

Области δ + двух молекул БОБ не допускают эффективного диполь-дипольного взаимодействия; то же самое происходит с δ-областями двух молекул АОА. Аналогично, обе пары молекул имеют µ = 0. Градиент полярности OA векторно компенсируется градиентом полярности AO связи.

Следовательно, в паре AOA и BOB также действуют силы дисперсии из-за отсутствия эффективной ориентации диполей.

Асимметрия в нелинейных молекулах

Самый простой случай - это молекула CF ₄ (или типа CX ₄ ). Здесь C имеет тетраэдрическую молекулярную геометрию, а богатые электронами области находятся в вершинах, особенно на электроотрицательных атомах F.

Градиент полярности CF сокращается в любом из направлений тетраэдра, в результате чего векторная сумма всех этих значений равна 0.

Таким образом, хотя центр тетраэдра очень положительный (δ +), а его вершины очень отрицательные (δ-), эта молекула не может образовывать диполь-дипольные взаимодействия с другими молекулами.

Ориентации диполей

В случае линейных молекул AB они ориентированы таким образом, что образуют наиболее эффективные диполь-дипольные взаимодействия (как показано на изображении выше). Вышесказанное таким же образом применимо для других молекулярных геометрий; например, угловые в случае молекул NO ₂ .

Таким образом, эти взаимодействия определяют, является ли соединение AB газом, жидкостью или твердым телом при комнатной температуре.

В случае соединений A ₂ и B ₂ (те, которые показаны в фиолетовых эллипсах), весьма вероятно, что они газообразны. Однако, если его атомы очень громоздки и легко поляризуемы (что увеличивает силы Лондона), то оба соединения могут быть твердыми или жидкими.

Чем сильнее диполь-дипольное взаимодействие, тем больше сцепление между молекулами; аналогично, чем выше температуры плавления и кипения соединения. Это потому, что для «разрыва» этих взаимодействий необходимы более высокие температуры.

С другой стороны, повышение температуры заставляет молекулы чаще вибрировать, вращаться и двигаться. Это «молекулярное перемешивание» нарушает ориентацию диполей, и, следовательно, межмолекулярные силы соединения ослабляются.

Взаимодействие водородных связей

На верхнем изображении показаны пять молекул воды, взаимодействующих посредством водородных связей. Это особый тип диполь-дипольных взаимодействий. Бедная электронами область занята H; а богатая электронами область (δ-) занята высоко электроотрицательными атомами N, O и F.

То есть молекулы с атомами N, O и F, связанными с H, могут образовывать водородные связи.

Таким образом, водородные связи - это OHO, NHN и FHF, OHN, NHO и т. Д. Эти молекулы обладают постоянными и очень интенсивными дипольными моментами, которые правильно ориентируют их, чтобы «воспользоваться» этими мостами.

Они энергетически слабее любых ковалентных или ионных связей. Хотя сумма всех водородных связей в фазе соединения (твердого, жидкого или газообразного) заставляет его проявлять свойства, которые определяют его как уникальное.

Например, так обстоит дело с водой, водородные связи которой ответственны за ее высокую температуру кипения и за то, что она менее плотна в ледяном состоянии, чем жидкая вода; причина, почему айсберги плавают в морях.

Ссылки

1. Диполь-дипольные силы. Получено 30 мая 2018 г. с: chem.purdue.edu
2. Безграничное обучение. Диполь-дипольная сила. Получено 30 мая 2018 г. с: course.lumenlearning.com
3. Дженнифер Рушар. (2016). Диполь-дипольные силы. Получено 30 мая 2018 г. с: sophia.org.
4. Хельменстин, Энн Мари, доктор философии. (3 мая 2018 г.). Каковы примеры водородной связи? Получено 30 мая 2018 г. с: thinkco.com
5. Мэтьюз, К. К., Ван Холд, К. Э. и Ахерн, К. Г. (2002) Биохимия. Третье издание. Эддисон Уэсли Лонгман, Inc., стр. 33.
6. Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. Химия. (8-е изд.). CENGAGE Learning, с. 450-452.
7. Пользователь Qwerter. (16 апреля 2011 г.). 3D модель водородных связей в туалете. , Получено 30 мая 2018 г. с сайта commons.wikimedia.org.