- Tarpmolekulinė elektrinė sąveika
- Nuolatinių dipolių sąveika
- Nuolatinio dipolio ir indukuoto dipolio sąveika
- Londono pajėgos arba išsklaidymas
- „Van der Waals“ radijo imtuvai
- Atomų ir molekulių elektrinės sąveikos jėgos ir energija
- Nuorodos
Van der Valso jėgos yra tarpmolekulinės pajėgos elektros ir pobūdžio, kad gali būti patrauklus arba atstumiantis. Tarp molekulių ar atomų paviršių yra sąveika, kuri iš esmės skiriasi nuo joninių, kovalentinių ir metalinių jungčių, susidarančių molekulių viduje.
Nors šios jėgos silpnos, jos sugeba pritraukti dujų molekules; taip pat suskystintų ir sukietėjusių dujų, taip pat visų organinių skysčių ir kietų dujų. Johannesas Van der Waalsas (1873 m.) Sukūrė teoriją, paaiškinančią tikrų dujų elgesį.
Į vadinamąją Van der Waals lygtį realioms dujoms - (P + an 2 / V 2 ) (V - nb)) = nRT- įvedamos dvi konstantos: konstanta b (tai yra tūris, kurį užima dujos) ir „a“, kuri yra empirinė konstanta.
Pastovi „a“ pataiso nukrypimą nuo numatomo idealiųjų dujų elgesio žemoje temperatūroje, būtent ten, kur išreiškiama traukos jėga tarp dujų molekulių. Atomo gebėjimas poliarizuotis periodinėje lentelėje didėja nuo grupės viršaus iki jos apačios ir iš dešinės į kairę per tam tikrą laikotarpį.
Didėjant atominiam skaičiui, taigi ir elektronų skaičiui, tuos, kurie yra išoriniame apvalkale, lengviau perkelti į polinius elementus.
Tarpmolekulinė elektrinė sąveika
Nuolatinių dipolių sąveika
Yra elektriškai neutralių molekulių, kurios yra nuolatiniai dipoliai. Taip yra dėl elektroninio pasiskirstymo sutrikimo, dėl kurio molekulės galai sukuria erdvinį teigiamąjį ir neigiamąjį krūvį, sudarydami dipolį (tarsi magnetas).
Vandenį sudaro 2 vandenilio atomai viename molekulės gale ir deguonies atomas kitame gale. Deguonis turi didesnį afinitetą elektronams nei vandenilis ir juos traukia.
Tai sąlygoja elektronų pasislinkimą deguonies link, paliekant neigiamą krūvį, o vandenilį - teigiamą.
Neigiamas vandens molekulės krūvis gali elektrostatiškai sąveikauti su teigiamu kitos vandens molekulės krūviu, sukeldamas elektrinę trauką. Taigi šio tipo elektrostatinė sąveika vadinama Keesom jėgomis.
Nuolatinio dipolio ir indukuoto dipolio sąveika
Nuolatinis dipolis parodo tai, kas vadinama dipolio momentu (µ). Dipolio momento dydį parodo matematinė išraiška:
µ = qx
q = elektros krūvis.
x = erdvinis atstumas tarp polių.
Dipolio momentas yra vektorius, kuris pagal susitarimą yra vaizduojamas orientuotas nuo neigiamo poliaus iki teigiamo poliaus. Μ dydį sunku išreikšti debiute (3,34 × 10–30 Cm
Nuolatinis dipolis gali sąveikauti su neutralia molekule, sukeldamas jos elektroninio pasiskirstymo pokyčius, todėl šioje molekulėje gali būti sukeltas dipolis.
Nuolatinis dipolis ir sukeltas dipolis gali sąveikauti elektriškai, sukurdami elektrinę jėgą. Šis sąveikos tipas yra žinomas kaip indukcija, o jį veikiančios jėgos vadinamos Debye jėgomis.
Londono pajėgos arba išsklaidymas
Šių patrauklių jėgų prigimtį paaiškina kvantinė mechanika. Londonas postuluoja, kad akimirksniu elektriškai neutraliose molekulėse elektronų neigiamų krūvių ir teigiamų branduolių centras gali nesutapti.
Taigi elektronų tankio svyravimas leidžia molekulėms elgtis kaip laikiniems dipoliams.
Tai savaime nėra patrauklių jėgų paaiškinimas, tačiau laikini dipoliai gali sukelti tinkamai suderintą gretimų molekulių poliarizaciją, todėl gali susidaryti patraukli jėga. Elektroninių svyravimų sukeltos patraukliosios jėgos vadinamos Londono jėgomis arba dispersijomis.
Van der Waals jėgos demonstruoja anizotropiją, todėl joms įtaką daro molekulių orientacija. Tačiau dispersijos tipo sąveika visada yra patraukli.
Londono jėgos sustiprėja, kai padidėja molekulių ar atomų dydis.
Halogeniuose mažo atomo skaičiaus F 2 ir Cl 2 molekulės yra dujos. Br 2, turintis didžiausią atominį skaičių, yra skystis, o I 2 , halogenas, turintis didžiausią atominį skaičių, kambario temperatūroje yra kietas.
Didėjant atominiam skaičiui, didėja elektronų skaičius, o tai palengvina atomų poliarizaciją ir dėl to jų tarpusavio sąveiką. Tai lemia halogenų fizinę būseną.
„Van der Waals“ radijo imtuvai
Molekulių ir atomų sąveika gali būti patraukli arba atstumianti, atsižvelgiant į kritinį atstumą tarp jų centrų, vadinamą r v .
Esant didesniems nei r v atstumams tarp molekulių ar atomų , patrauklumas tarp vienos molekulės branduolių ir kitos elektronų vyrauja, palyginti su atstumais tarp branduolių ir dviejų molekulių elektronų.
Aprašytu atveju sąveika yra patraukli, bet kas atsitiks, jei molekulės artės atstumu tarp savo centrų mažesniu nei rv? Tuomet atstumiančioji jėga vyrauja prieš patraukliąją, kuri priešinasi artimesniam atomų požiūriui.
R v reikšmė nurodoma vadinamaisiais Van der Waals spinduliais (R). Sferinėms ir tapačioms molekulėms r v yra lygus 2R. Dviejų skirtingų molekulių spindulys R 1 ir R 2 : r v yra lygus R 1 + R 2 . Van der Waals spindulio vertės pateiktos 1 lentelėje.
1 lentelėje nurodyta vertė rodo Van der Waals vandenilio vandenilio 0,12 nm ( 10–9 m) spindulį . Taigi šio atomo r v vertė yra 0,24 nm. Jei r v vertė yra mažesnė kaip 0,24 nm, atsiras vandenilio atomų atstūmimas.
1 lentelė. Van der Waals kai kurių atomų ir atomų grupių spinduliai.
Atomų ir molekulių elektrinės sąveikos jėgos ir energija
Jėga tarp krūvių q 1 ir q 2 , atskirtų vakuume atstumu r, yra duota pagal Kulono įstatymą.
F = k. q 1 .q 2 / r 2
Šioje išraiškoje k yra konstanta, kurios vertė priklauso nuo naudojamų vienetų. Jei jėgos vertė, gauta taikant Kulono įstatymą, yra neigiama, tai rodo patrauklią jėgą. Priešingai, jei jėgos vertė yra teigiama, tai rodo atstumiančią jėgą.
Kadangi molekulės paprastai yra vandeninėje terpėje, kuri apsaugo veikiamas elektrines jėgas, būtina įvesti terminą dielektrinė konstanta (ε). Taigi ši konstanta pataiso elektrinėms jėgoms suteiktą vertę, taikydama Kulono įstatymą.
F = KQ 1 .q 2 /ε.r 2
Panašiai elektrinės sąveikos energija (U) yra tokia:
U = k. q 1 .q 2 /ε.r
Nuorodos
- Enciklopedijos „Britannica“ redaktoriai. (2018 m.). Van der Waals pajėgos. Gauta 2018 m. Gegužės 27 d. Iš: britannica.com
- Vikipedija. (2017). Van der Waals pajėgos. Gauta 2018 m. Gegužės 27 d. Iš: es.wikipedia.org
- Kathryn Rashe, Lisa Peterson, Seila Buth, Irene Ly. Van der Waals pajėgos. Gauta 2018 m. Gegužės 27 d. Iš: chem.libretexts.org
- Morris, JG (1974) Biologo fizikinė chemija. 2and leidimas. Edvardas Arnoldas (leidėjai) Limited.
- Mathews, CK, Van Holde, KE ir Ahern, KG (2002) Biochemija. Trečias leidimas. „Addison Wesley Longman, Inc.“