מה הם כוחות ואן דר ואלס?

ה כוחות ואן דר ואלס הם כוחות intermolecular של טבע חשמלי שיכול להיות אטרקטיבי או דוחה. יש אינטראקציה בין משטחי המולקולות או האטומים, שונים במהותם מהקשרים היוניים, הקובליים והמתכתיים שנוצרים בתוך המולקולות.

אמנם חלש, כוחות אלה מסוגלים למשוך את המולקולות של הגזים; גם של גזים מעובדים, מוצקים ואלה של כל הנוזלים ומוצקים אורגניים. יוהנס ואן דר ואלס (1873) היה זה שפיתח תיאוריה כדי להסביר את ההתנהגות של גזים אמיתיים.

במשוואה הקרויה Van der Waals עבור גזים אמיתיים - (P +  אn²/ אשר²) (V - n.ב)) = nRT - שני קבועים מוצגים: קבוע b (כלומר, נפח כבוש על ידי מולקולות הגז) ו "", המהווה קבוע אמפירי.

הקבוע "a" מתקן את החריגה של ההתנהגות הצפויה של הגזים האידיאליים בטמפרטורות נמוכות, דווקא במקום שבו כוח המשיכה בין המולקולות של הגזים מתבטא. היכולת של אטום לקטב מגדיל את הטבלה המחזורית של החלק העליון של קבוצה לתחתית זה, מימין לשמאל בתקופה.

על ידי הגדלת מספר האטום - ולכן, מספר אלקטרונים - אלה הממוקמים בשכבות החיצוניות הם יותר קל לנוע אלמנטים הקוטב.

אינדקס

• 1 אינטראקציות חשמליות intermolecular
  • 1.1 אינטראקציה בין דיפולים קבועים
  • 1.2 אינטראקציה בין דיפול קבוע לבין דיפול מושרה
• 2 כוחות או פיזור לונדון
• 3 רדיו ואן דר ואלס
• 4 כוחות ואנרגיה של אינטראקציה חשמלית בין אטומים ובין מולקולות
• 5 הפניות

אינטראקציות חשמליות intermolecular

אינטראקציה בין דיפולים קבועים

יש מולקולות נייטרליות חשמלית, שהן דיפוליות קבועות. זאת בשל הפרעה בחלוקה האלקטרונית שמייצרת הפרדה מרחבית בין המטען החיובי והשלילי לקצות המולקולה, המהווה דיפול (כאילו היה מגנט).

המים מורכבים משני אטומי מימן בקצה אחד של המולקולה ואטום חמצן בקצה השני. חמצן יש זיקה יותר עבור אלקטרונים מאשר מימן ומושך אותם.

זה מייצר תזוזה של האלקטרונים כלפי החמצן, להיות זה טעון שלילית ומימן עם חיוב חיובי.

המטען השלילי של מולקולת מים יכול אינטראקציה אלקטרוסטטית עם מטען חיובי של מולקולת מים אחרת גרימת משיכה חשמלית. לכן, סוג זה של אינטראקציה אלקטרוסטטית נקרא כוחות Keesom.

אינטראקציה בין דיפול קבוע לבין דיפול המושרה

הדיפול הקבוע מציג את מה שמכונה רגע דיפול (μ). העוצמה של רגע הדיפול ניתנת על ידי הביטוי המתמטי:

μ = q.x

q = מטען חשמלי.

x = מרחק מרחבי בין הקטבים.

רגע הדיפול הוא וקטור אשר, על ידי האמנה, מיוצג בכיוון הקוטב השלילי לכיוון מוט חיובי. גודל של כואב μ להביע ב debye (3.34 × 10^-30 C.m.

הדיפול הקבוע יכול לקיים אינטראקציה עם מולקולה נייטרלית הגורמת לשינוי בהפצה האלקטרונית שלה, שמקורו במולקולה זו דיפול מושרה.

הדיפול הקבוע והדיפול המושרה יכולים ליצור אינטראקציה חשמלית, לייצר חשמל. סוג זה של אינטראקציה ידוע בתור אינדוקציה וכוחות הפועלים על זה נקראים כוחות Debye..

כוחות או פיזור בלונדון

טבעם של כוחות אלה מושך מוסבר על ידי מכניקת הקוונטים. לונדון הניחה כי ברגע מסוים, במולקולות החשובות מבחינה חשמלית, ייתכן שהמרכז של המטען השלילי של האלקטרונים ומרכז החיובים החיוביים של הגרעינים לא יעלה בקנה אחד.

ואז, תנודת הצפיפות האלקטרונית מאפשרת למולקולות להתנהג כמו דיפולות זמניות.

זה אינו כשלעצמו הסבר לכוחות האטרקטיביים, אבל הדיפוליות הזמניות יכולות לגרום לקיטוב המכוון היטב למולקולות הסמוכות, מה שיוצר את יצירתו של כוח אטרקטיבי. כוחות אטרקטיבי שנוצר על ידי תנודות אלקטרוניות נקראים כוחות לונדון או פיזור.

כוחות ואן דר ואלס מציגים אנאיזוטרופיה, ולכן הם מושפעים מאוריינטציה של המולקולות. עם זאת, אינטראקציות סוג פיזור הם תמיד מושך בעיקר.

כוחות לונדון מתחזקים ככל שגודל המולקולות או האטומים עולה.

בהלוגנים, מולקולות F₂ Cl₂ של מספרים אטומיים נמוכים הם גזים. הבר₂ של מספר אטומי גדול יותר הוא נוזל ואני₂, הלוגן של מספר אטום גדול יותר, הוא מוצק בטמפרטורת החדר.

הגדלת מספר האטום מגדילה את מספר האלקטרונים הנוכחים, אשר מקל על הקיטוב של אטומים, ולכן, את האינטראקציות ביניהם. זה קובע את המצב הפיזי של הלוגנים.

מכשירי רדיו של ואן דר ואלס

אינטראקציות בין מולקולות ובין אטומים יכול להיות אטרקטיבי או דוחה, תלוי במרחק קריטי בין המרכזים שלהם, אשר נקרא r_v.

במרחקים בין מולקולות או אטומים גדול מ r_v, האטרקציה בין גרעיני מולקולה אחת לבין האלקטרונים של השני שולטת על הדחייה בין הגרעינים לבין האלקטרונים של שתי המולקולות.

במקרה המתואר, האינטראקציה היא מושכת, אבל מה קורה אם המולקולות מתקרבות למרחק בין המרכזים שלהן פחות מ- RV? אז הכוח הדוחה שולט על אחד אטרקטיבי, אשר מתנגדת לגישה גדולה יותר בין האטומים.

הערך של r_v ניתנת על ידי מה שנקרא מכשירי רדיו ואן דר ואלס (R). עבור מולקולות כדוריות זהים r_v שווה ל 2R. עבור שתי מולקולות שונות של רדיוס R₁ ו- R₂you ייצור_v שווה ל- R₁ +  R₂. הערכים של מכשירי רדיו ואן דר ואלס ניתנים בטבלה 1.

הערך המופיע בטבלה 1 מציין רדיוס ואן דר ואלס של 0.12 ננומטר (10)^-9 מ ') עבור מימן. לאחר מכן, הערך של r_v  עבור אטום זה הוא 0.24 ננומטר. עבור ערך של r_v פחות מ 0.24 ננומטר תייצר דחייה בין אטומי מימן.

כוחות ואנרגיה של אינטראקציה חשמלית בין אטומים ובין מולקולות

הכוח בין שני האשמות₁ ו q₂, מופרדים בוואקום על ידי המרחק R, ניתנת על ידי החוק של קולומב.

F = k. q₁.q₂/ r²

בביטוי זה, k הוא קבוע שערכו תלוי ביחידות המשמשות. אם ערכו של הכוח - על ידי יישום חוק קולום - הוא שלילי, הוא מציין כוח משיכה. להיפך, אם הערך הנתון לכוח הוא חיובי, הוא מעיד על כוח דוחה.

מאחר והמולקולות נמצאות בדרך כלל במדיום מימי המגן על הכוחות החשמליים, יש צורך להציג את המונח דיאלקטרי קבוע (ε). לפיכך, קבוע זה מתקן את הערך שניתן עבור כוחות חשמליים על ידי יישום של חוק קולום.

F = k.q₁.q₂/ε.r²

באותו אופן, האנרגיה של האינטראקציה החשמלית (U) ניתנת על ידי הביטוי:

U = k. q₁.q₂/ε.r

הפניות

1. עורכי האנציקלופדיה בריטניקה. (2018). כוחות ואן דר ואלס. ב -27 במאי 2018, מתוך: britannica.com
2. ויקיפדיה. (2017). כוחות ואן דר ואלס. ב -27 במאי 2018, מתוך: en.wikipedia.org
3. קתרין ראשה, ליסה פיטרסון, סילה בוט, איירין לי. כוחות ואן דר ואלס. ב -27 במאי 2018, מתוך: chem.libretexts.org
4. Morris, J. G. (1974) כימיה פיסיקלית של ביולוג. מהדורה 2. אדוארד ארנולד (שותפים) בע"מ.
5. מתיוס, ק. ק., ואן הולדה, ק. ו Ahern, K.G. (2002) ביוכימיה. מהדורה שלישית. אדיסון וסלי לונגמן, Inc.