11.2: Siły międzycząsteczkowe i wewnątrzcząsteczkowe

Siły międzycząsteczkowe (IMF) to przyciąganie elektrostatyczne powstające w wyniku oddziaływań ładunek-ładunek między cząsteczkami. Na siłę siły międzycząsteczkowej ma wpływ odległość separacji między cząsteczkami. Siły te znacząco wpływają na oddziaływania w ciałach stałych i cieczach, gdzie cząsteczki znajdują się blisko siebie. W gazach MFW stają się ważne tylko w warunkach wysokiego ciśnienia (ze względu na bliskość cząsteczek gazu). Siły międzycząsteczkowe dyktują właściwości fizyczne substancji, takie jak ich temperatura topnienia, temperatura wrzenia, gęstość oraz entalpie fuzji i parowania. Kiedy ciecz jest podgrzewana, energia cieplna uzyskana przez jej cząsteczki pokonuje IMF, które utrzymują je na miejscu, a ciecz wrze (przechodzi w stan gazowy). Temperatury wrzenia i topnienia zależą od rodzaju i siły sił międzycząsteczkowych. Na przykład ciecz o wysokiej temperaturze wrzenia, taka jak woda (_H2O, b.p. 100 °C), wykazuje silniejsze siły międzycząsteczkowe w porównaniu z cieczą o niskiej temperaturze, taką jak heksan (C₆H₁₄, b.p. 68,73 °C).

Podczas gdy siły międzycząsteczkowe istnieją między cząsteczkami, siły wewnątrzcząsteczkowe istnieją w cząsteczkach i utrzymują atomy w danej cząsteczce razem. Siły wewnątrzcząsteczkowe utrzymują cząsteczkę w stanie nienaruszonym; Zmiana stanu substancji nie wpływa na oddziaływania wewnątrzcząsteczkowe. Na przykład, chociaż topnienie lodu częściowo zakłóca siły międzycząsteczkowe między stałymi cząsteczkami_H2O, zmieniając je w ten sposób i przekształcając lód w wodę w stanie ciekłym, nie rozkłada pojedynczych cząsteczek_H2O.

Siły wewnątrzcząsteczkowe mogą mieć charakter jonowy, kowalencyjny lub metaliczny.

Atomy zyskują (niemetale) lub tracą elektrony (metale), tworząc jony (aniony i kationy) o szczególnie stabilnych konfiguracjach elektronowych. Związki złożone z jonów nazywane są związkami jonowymi (lub solami), a ich jony składowe są utrzymywane razem przez wiązania jonowe: elektrostatyczne siły przyciągania między przeciwnie naładowanymi kationami i anionami. Na przykład chlorek magnezu (MgCl₂) jest związkiem jonowym złożonym z kationów magnezu i anionów chlorkowych połączonych silnymi wiązaniami jonowymi.

Wiązanie kowalencyjne (niepolarne lub polarne) powstaje, gdy elektrony są współdzielone przez atomy i powstaje cząsteczka. Niepolarne wiązania kowalencyjne powstają, gdy atomy mają równe elektrony, na przykład w wodorze (_H2). Polarne wiązania kowalencyjne powstają w wyniku nierównomiernego podziału elektronów; Jeden atom wywiera większą siłę przyciągania na elektrony niż drugi. Przykładem jest chlorowodór, HCl.

Metaliczne ciała stałe, takie jak kryształy miedzi, aluminium i żelaza, są tworzone przez atomy metalu. Atomy w takim metalicznym ciele stałym są utrzymywane razem przez unikalną siłę znaną jako wiązanie metaliczne, która daje wiele użytecznych i zróżnicowanych właściwości masowych.

Siły międzycząsteczkowe są znacznie słabsze w porównaniu z siłami wewnątrzcząsteczkowymi. Na przykład, aby pokonać IMF w jednym molu ciekłego HCl i przekształcić go w gazowy HCl, potrzeba tylko około 17 kilodżuli. Jednak zerwanie wiązań kowalencyjnych między atomami wodoru i chloru w jednym molu HCl wymaga około 25 razy więcej energii, czyli 430 kilodżuli.

Ten tekst jest zaadaptowany z Openstax, Chemia 2e, Rozdział 10: Ciecze i ciała stałe.