- אינטראקציות חשמליות בין-מולקולריות
- אינטראקציה בין דיפולולים קבועים
- אינטראקציה בין דיפול קבוע לדיפול הנגרם
- כוחות לונדון או פיזור
- מכשירי רדיו של ואן דר וואלס
- כוחות ואנרגיה של האינטראקציה החשמלית בין אטומים ובין מולקולות
- הפניות
ואן דר ואלס כוח כוחות מולקולאריים חשמל ב שהטבע יכול להיות אטרקטיבי או דוחה. יש אינטראקציה בין משטחי מולקולות או אטומים, השונים במהותם מהקשרים היוניים, הקוואלנטיים והמתכתיים הנוצרים בתוך המולקולות.
למרות שהם חלשים, כוחות אלו מסוגלים למשוך מולקולות גז; גם זה של גזים מנוזלים ומוצקים ושל כל הנוזלים והמוצקים האורגניים. יוהנס ואן דר וואלס (1873) היה זה שפיתח תיאוריה כדי להסביר את התנהגותם של גזים אמיתיים.
במשוואה הנקראת Van der Waals עבור גזים אמיתיים - (P + an 2 / V 2 ) (V - nb)) = nRT - מוצגים שני קבועים: הקבוע b (כלומר הנפח שתופס המולקולות של גז) ו- "a", שהוא קבוע אמפירי.
הקבוע "a" מתקן את הסטייה מהתנהגותם הצפויה של גזים אידיאליים בטמפרטורות נמוכות, בדיוק במקום בו מתבטא כוח המשיכה בין מולקולות הגז. יכולתו של אטום לקוטב בטבלה המחזורית עולה מגדול הקבוצה לתחתיתו, ומימין לשמאל לאורך תקופה.
ככל שמספר האטום גדל - ולכן מספר האלקטרונים - כך קל יותר להעביר את אלה שנמצאים בקליפות החיצוניות ליצירת אלמנטים קוטביים.
אינטראקציות חשמליות בין-מולקולריות
אינטראקציה בין דיפולולים קבועים
ישנן מולקולות ניטרליות חשמליות, שהן דיפולמות קבועות. זה נובע מהפרעה בהתפלגות האלקטרונית המייצרת הפרדה מרחבית של המטענים החיוביים והשליליים לכיוון קצות המולקולה, המהווים דיפול (כאילו היה מגנט).
מים מורכבים משני אטומי מימן בקצה האחד של המולקולה ואטום חמצן בקצה השני. לחמצן יש זיקה גבוהה יותר לאלקטרונים מאשר למימן ומושך אותם.
זה מייצר תזוזה של האלקטרונים לכיוון החמצן, ומשאיר את זה טעון שלילי ואת המימן טעון חיובי.
המטען השלילי של מולקולת מים יכול לקיים אינטראקציה אלקטרוסטטית עם המטען החיובי של מולקולת מים אחרת הגורם למשיכה חשמלית. לפיכך, סוג זה של אינטראקציה אלקטרוסטטית נקרא כוחות Keesom.
אינטראקציה בין דיפול קבוע לדיפול הנגרם
הדיפול הקבוע מציג את מה שנקרא רגע דיפול (μ). גודל רגע הדיפול ניתן על ידי הביטוי המתמטי:
µ = qx
ש = מטען חשמלי.
x = מרחק מרחבי בין הקטבים.
רגע הדיפול הוא וקטור אשר על פי הקונבנציה מיוצג בכיוון מהקוטב השלילי לקוטב החיובי. הגודל של מיקרו כואב לבטא בהתפטרות (3.34 × 10 -30 ס"מ
הדיפול הקבוע יכול לקיים אינטראקציה עם מולקולה ניטרלית הגורמת לשינוי בהתפלגות האלקטרונית שלה, וכתוצאה מכך דיפול מושרש במולקולה זו.
הדיפול הקבוע והדיפול הנגרם יכולים לתקשר באופן חשמלי, לייצר כוח חשמלי. סוג זה של אינטראקציה מכונה אינדוקציה, והכוחות הפועלים עליו נקראים כוחות Debye.
כוחות לונדון או פיזור
אופי הכוחות האטרקטיביים הללו מוסבר על ידי מכניקת הקוונטים. לונדון הניחה כי ברגע אחד במולקולות ניטרליות חשמליות מרכז המטענים השליליים של האלקטרונים ומרכז המטענים החיוביים של הגרעינים עלולים לא לחפוף זה לזה.
אז התנודתיות בצפיפות האלקטרונים מאפשרת למולקולות להתנהג כדיפולות זמניות.
זה לא כשלעצמו הסבר לכוחות אטרקטיביים, אבל דיפולולים זמניים יכולים לגרום לקיטוב מיושר כראוי של מולקולות סמוכות, וכתוצאה מכך נוצר כוח אטרקטיבי. הכוחות האטרקטיביים הנוצרים כתנודות אלקטרוניות נקראים כוחות לונדון או פיזור.
כוחות ואן-דר וואלס מראים אניסוטרופיה, וזו הסיבה שהם מושפעים מכיוון המולקולות. עם זאת, אינטראקציות מסוג הפיזור תמיד מושכות בעיקר.
כוחות לונדון מתחזקים ככל שגודל המולקולות או האטומים גדל.
בשנת הלוגנים, את המספר האטומי הנמוך F 2 ו Cl 2 מולקולות הם גזים. ה- Br 2 עם המספר האטומי הגבוה ביותר הוא נוזל ו- I 2 , הלוגן עם המספר האטומי הגבוה ביותר, הוא מוצק בטמפרטורת החדר.
ככל שהמספר האטומי גדל, מספר האלקטרונים הנוכחים גדל, מה שמקל על קיטוב האטומים, ולכן גם את האינטראקציות ביניהם. זה קובע את מצבם הפיזי של ההלוגנים.
מכשירי רדיו של ואן דר וואלס
יחסי הגומלין בין מולקולות ובין אטומים יכולים להיות מושכים או דוחים, תלוי במרחק קריטי בין מרכזיהם, המכונה r v .
במרחקים בין מולקולות או אטומים הגדולים מ- r v , המשיכה בין הגרעינים של מולקולה אחת לבין האלקטרונים של האחרת שולטת על פני הדחייה בין הגרעינים לאלקטרונים של שתי המולקולות.
במקרה שתואר, האינטראקציה אטרקטיבית, אך מה קורה אם המולקולות מתקרבות במרחק בין מרכזיהן פחות מ- RV? ואז הכוח הדוחה שולט על פני הכוח המושך, שמתנגד לגישה קרובה יותר בין האטומים.
הערך של r v ניתן על ידי מה שמכונה רדיוס ואן דר וואלס (R). עבור מולקולות כדוריות וזהות r v שווה ל- 2R. לשתי מולקולות שונות של רדיוסים R 1 ו- R 2 : r v שווה ל- R 1 + R 2 . הערכים של רדיוס ואן דר וואלס מוצגים בטבלה 1.
הערך המופיע בטבלה 1 מציין רדיוס ואן דר וואלס של 0.12 ננומטר ( 10-9 מ ') למימן. אז הערך של r v לאטום זה הוא 0.24 ננומטר. לערך של r v פחות מ- 0.24 ננומטר תהיה דחיה בין אטומי המימן.
טבלה 1. רדיוס ואן דר וואלס של כמה אטומים וקבוצות אטומים.
כוחות ואנרגיה של האינטראקציה החשמלית בין אטומים ובין מולקולות
הכוח בין זוג מטענים q 1 ו- q 2 , המופרד בוואקום על ידי המרחק r, ניתן על פי החוק של קולומב.
F = k. q 1 .q 2 / r 2
בביטוי זה k הוא קבוע שערכו תלוי ביחידות בהן נעשה שימוש. אם ערך הכוח - שניתן על ידי יישום החוק של קולומב - שלילי, הוא מעיד על כוח אטרקטיבי. נהפוך הוא, אם הערך שניתן לכוח הוא חיובי, זה מעיד על כוח דוחה.
מכיוון שהמולקולות בדרך כלל נמצאות במדיום מימי המגן על הכוחות החשמליים המופעלים, יש צורך להכניס את המונח קבוע דיאלקטרי (ε). לפיכך, קבוע זה מתקן את הערך שניתן לכוחות החשמליים על ידי יישום החוק של קולומב.
F = kq 1 .q 2 /ε.r 2
באופן דומה, האנרגיה לאינטראקציה החשמלית (U) ניתנת על ידי הביטוי:
U = k. q 1 .q 2 /ε.r
הפניות
- עורכי אנציקלופדיה בריטניקה. (2018). כוחותיו של ואן דר וואלס. הוחזר ב- 27 במאי 2018, מ: britannica.com
- ויקיפדיה. (2017). כוחותיו של ואן דר וואלס. הוחזר ב- 27 במאי 2018, מ: es.wikipedia.org
- קתרין רשה, ליסה פיטרסון, סילה בוט, איירין לי. כוחות של ואן דר וואלס. הוחזר ב- 27 במאי 2018, מ: chem.libretexts.org
- מוריס, ג'יי.ג '(1974) הכימיה הפיזית של הביולוג. מהדורה 2 ו. אדוארד ארנולד (מוציאים לאור) מוגבלת.
- Mathews, CK, Van Holde, KE ו- Ahern, KG (2002) ביוכימיה. מהדורה שלישית. אדיסון ווסלי לונגמן בע"מ