М е ж м о л е к у л я р н а я внутримолекулярная

Взаимодействия между молекулами

 

 

Силы Ван-дер-Ваальса

– силы межмолекулярного взаимодействия (взаимодействия между молекулами), проявляющиеся на расстояниях, превосходящих размеры частиц.

(Ван-дер-Ваальс - голландский ученый, 1873 г.)

 

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

Е _ор увеличивается с увеличением m _мол и уменьшением расстояния между молекулами.

2. индукционная составляющая - электростатическое взаимодействие полярной и неполярной молекул (рис. b). Диполи, действуя на неполярные молекулы, превращают их в индуцированные (наведенные) диполи Е инд увеличивается с увеличением m мол, уменьшением расстояния между молекулами и увеличением поляризуемости неполярной молекулы. Е инд < Е ор

Чем выше температура, тем Е _ор –меньше.

 

 

3. дисперсионная составляющая (эффект Лондона)

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

Е _дис – энергия взаимодействия мгновенных диполей пропорциональна поляризуемости молекул и обратно пропорциональна расстоянию между центрами частиц.

Для неполярных молекул - дисперсионная – единственная из составляющих вандерваальсовых сил.

 

Влияние энергии межмолекулярного взаимодействия на свойства (Т _кип ) веществ

Таблица 1

вещество	m диполя	Поляризуемость, М3×1030	Энергия взаимодействия, кДж/моль	Т кип,К
ориентационная	Индукционная	Дисперсионная	Суммарная Е в
H2 Ar Xe HCl HBr HI NH3	1,03 0,78 0,38 1,52	0,8 1,64 4,16 2,64 3,62 5,42 2,23	3,3 1,1 0,6 13,3	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	20,2 239,6

 

Максимальная энергия межмолекулярного взаимодействия å Е _в проявляется на расстояниях 0,4 – 0,5 нм между центрами молекул, т. е. существенно больше длины химической связи.

å Е _в – на 1-2 порядка ниже Е химической связи → таблица 1.

С увеличением размера молекул в ряду Аr – Хе и НСl – НI растет их поляризуемость и дисперсионное взаимодействие Е_{дисперс} →Таблица 1.

С увеличением молекулярной массы растет Е_{дисперс} →Таблица 1.

Е_{ориентиц} вносит значительный вклад в å Е _в для молекул с большим m _дип. → Таблица 1.

С увеличением å Е _в возрастет Т _кип жидкостей, а также теплота их парообразования. → Таблица 1.

 

 

Водородная связь -

 

	- это взаимодействие между положительно поляризованным водородом молекулы А–Н (или полярной группы -А–Н) и электроотрицательным атомом В (F,N,O) 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

Поляризованный водород способен внедряться в электронную оболочку соседнего отрицательно поляризованного атома В.

Атомы А и В могут быть одинаковыми:

 

Н^d+-F^d- + Н^d+-F^d- ® H-F^…H-F

имогут быть разными:

■ Внутримолекулярная Н-связь

о-нитрофенол (а) салициловый альдегид (б)

Изменение температуры кипения в ряду водородных соединений

 

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

►

Несмотря на высокую ЭО хлора, водородная связь - Н^…Сl- 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,

► Межмолекулярные Н-связи изменяют свойства веществ: повышают вязкость, диэлектрическую постоянную, температуру кипения и плавления, теплоту плавления и парообразования (см. рисунок выше):

Н₂О, НF и NН₃ имеют аномально высокие Т _кип и Т _пл.

3. ДОНОРНО–АКЦЕПТОРНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ

МЕЖДУ МОЛЕКУЛАМИ

 

- осуществляется, если одна из молекул имеет атом со свободными орбиталями, а другая – атом с внешней парой неподеленных электронов.

Пример:

- между различными молекулами

:NH₃ + BF₃ = NH₃^.BF₃

(здесь: суммарные валентности азота и бора равны 4)

- между одинаковыми молекулами

AlCl₃ + AlCl₃ = Al₂Cl₆

 

Донорно-акцепторный механизм образования связей в димере Аl₂Cl₆.

ВЫВОД: Таким образом между молекулами существуют неспецифические - силы Ван дер Вальса и

специфические - водородные связи, донорно-акцепторные взаимодействия.