Name: forces between molecules
Uploaded: 2020-11-23T11:47:33.000Z
Duration: 3 min 13 s
Channel: JoVE

Межмолекулярные силы, существующие между молекулами, возникают в результате электростатических взаимодействий между зарядами, частичными зарядами и временными зарядами. Все молекулы создают временные заряды. Из-за различного распределения электронов более высокая концентрация электронов в одной области электронного облака приводит к образованию мгновенного диполя или временного диполя.Впоследствии это вызывает образование еще одного мгновенного диполя в соседней молекуле. Эффект дипольного домино порождает слабые силы межмолекулярного притяжения, называемые силами дисперсии, которые существуют между всеми молекулами, полярными или неполярными. Некоторые ковалентные соединения, такие как вода, демонстрируют богатые электронами и бедные электронами области, вызванные различиями в электроотрицательности атомов.Неравномерное распределение общих электронов и молекулярная форма соединения создают постоянные частичные заряды, что приводит к образованию постоянного диполя в нейтральном соединении, делающего его полярным. Молекулы с постоянными диполями также называемые полярными соединениями выравниваются за счет диполь-дипольных сил, когда положительный конец одной молекулы электростатически взаимодействует с отрицательным концом соседней молекулы. Если полярное соединение содержит атом водорода, ковалентно связанный с небольшим, сильно электроотрицательным атомом, таким как фтор, кислород или азот, атомы имеют тенденцию образовывать большие частичные заряды.Следовательно, атом водорода в связях F-H, O-H или N-H активно взаимодействует с соседним электроотрицательным атомом посредством особого типа диполь-дипольной силы, называемой водородной связью. Примечательно, что водородные связи сильнее диполь-дипольных сил, а соединения, способные образовывать водородные связи, имеют более высокие температуры плавления и кипения. Три межмолекулярные силы дисперсия, диполь-дипольные и водородные связи по сравнению с внутримолекулярными силами относительно слабы и имеют разную силу.Все вместе они классифицируются как силы Ван-дер-Ваальса. В то время как дисперсионные силы присутствуют между всеми молекулами, полярными или неполярными, диполь-дипольные силы и водородные связи существуют только вокруг полярных молекул. Исключительно в растворах существует ионно-дипольная сила, которая является самой сильной межмолекулярной силой.Когда ионное соединение, такое как хлорид натрия, растворяется в полярном растворителе, таком как вода, диссоциированные ионы взаимодействуют с диполями растворителя посредством сильных ионно-дипольных сил. Здесь катионы связываются с отрицательными концами молекул воды, а анионы взаимодействуют с положительными концами.

Межмолекулярные силы

Intermolecular Forces

Атомы и молекулы взаимодействуют посредством связей (или сил): внутримолекулярных и межмолекулярных. Силы являются электростатическими, поскольку они возникают в результате взаимодействий (притяжения или отталкивания) между заряженными частицами (постоянными, частичными или временными зарядами) и существуют с различной силой между ионами, полярными, неполярными и нейтральными молекулами. Различные типы межмолекулярных сил: ионный & # 8211; диполь, дипольный & # 8211; диполь, водородные связи и дисперсия; Среди них дипольные & # 8211; дипольные, водородные связи и дисперсионные силы существуют между нейтральными атомами и молекулами и в совокупности известны как силы Ван-дер-Ваальса. 
 Дипольные & # 8211; дипольные силы 
 Полярные молекулы имеют частичный положительный заряд на одном конце и частичный отрицательный заряд на другом конце молекулы - разделение зарядов, называемое диполем . В полярной молекуле, такой как HCl, более электроотрицательный атом Cl несет частичный отрицательный заряд, тогда как менее электроотрицательный атом H несет частичный положительный заряд. Сила притяжения между молекулами HCl возникает в результате притяжения между положительным концом одной молекулы HCl и отрицательным концом другой. Эта сила притяжения называется дипольным & # 8211; дипольным притяжением - электростатической силой между частично положительным концом одной полярной молекулы и частично отрицательным концом другой. 
 Силы рассеивания 
 Одна из трех сил Ван-дер-Ваальса присутствует во всех конденсированных фазах, независимо от природы атомов или молекул, составляющих вещество. Эта сила притяжения называется лондонской дисперсионной силой в честь американского физика немецкого происхождения Фрица Лондона, который в 1928 году впервые ее объяснил. Эту силу часто называют просто дисперсионной силой. Поскольку электроны атома или молекулы находятся в постоянном движении (или, альтернативно, их положение подвержено квантово-механической изменчивости), в любой момент времени у атома или молекулы может возникнуть временный мгновенный диполь, если его электроны распределены. асимметрично. Присутствие этого диполя, в свою очередь, может искажать электроны соседнего атома или молекулы, создавая индуцированный диполь. Эти два быстро колеблющихся временных диполя, таким образом, приводят к относительно слабому электростатическому притяжению между видами - так называемой дисперсионной силе. 
 Дисперсионные силы, возникающие между атомами в разных молекулах, могут притягивать эти две молекулы друг к другу. Однако силы относительно малы и становятся значительными только тогда, когда молекулы находятся очень близко друг к другу. Более крупные и тяжелые атомы и молекулы демонстрируют более сильные дисперсионные силы, чем более мелкие и легкие атомы и молекулы. F 2 и Cl 2 - газы при комнатной температуре (отражающие более слабые силы притяжения); Br 2 - жидкость, а I 2 - твердое тело (отражающее более сильные силы притяжения). 
 Водородная связь 
 Фторид нитросила (ОНФ, молекулярная масса 49 аму) — газ при комнатной температуре, в то время как вода (H2O, молекулярная масса 18 аму) — жидкость, хотя она имеет более низкую молекулярную массу. Обе молекулы имеют примерно одинаковую форму, а ONF — более тяжелую и большую молекулу. Таким образом, ожидается, что она будет испытывать более значительные силы рассеивания. Кроме того, эта разница в точках кипения не может быть результатом различий в дипольных моментах молекул. Обе молекулы полярны и демонстрируют сравнимые дипольные моменты. Большая разница между точками кипения обусловлена особенно сильным притяжением диполя-диполя, которое может произойти, когда молекула содержит атом водорода, связанный с атомом фтора, кислорода или азота (три самых электрических элемента). Очень большое отличие электроотрицательности между атомом H (2.1) и атомом, к которому он связан (4.0 для атома F, 3.5 для атома O, Или 3.0 для атома N), в сочетании с очень малым размером атома H и относительно небольшими размерами атомов F, O или N, приводит к высококонцентрированным частичным зарягам с этими атомами. Молекулы с благочестием F-H, O-H или N-H очень сильно притягиваются к подобному благочестию в близлежащих молекулах, особенно сильный тип дипольного-дипольного притяжения, называемый водородным связывание. Примерами водородных связей являются HF⋯HF, H2O⋯HOH и H3N⋯HNH2, в которых водородные связи обозначаются точками. 
  Ионодипольных сил 
 Ионодипольная сила — это электростатическое притяжение между ионом и дипоном. Эти силы распространены в решениях и играют важную роль в растворении ионных соединений в воде. 
 При добавлении ионного соединения, такого как KCl, к полярному растворителю, например, воде, ионы в твердом веществе разделяются и равномерно распределяются. Ионодипольные силы притягивают положительный (водородный) конец молекул полярной воды к отрицательным ионам хлорида на поверхности твердого тела, и они притягивают отрицательные (кислородные) концы к положительным ионам калия. Молекулы воды окружают отдельные ионы K+ и CL-, уменьшая сильные интерионные силы, связывающие ионы (в твердом состоянии) и позволяя им переместиться в раствор в качестве разрешимости ионов. Преодоление электростатическое притяжение позволяет осуществлять независимое движение каждого гидрированного иона в разбавленном раствор, так как ионы переходят из фиксированных положений в нерастворенном соединении в широко рассредоточенные, разрешимость ионы в раствор. 
 Сила ион-дипольных взаимодействий прямо пропорциональна i) заряду на ионе и II) величине диполя полярных молекул. 
 Этот текст адаптирован из<a href="https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/10-introduction">Openstax, Химия 2е изд., Глава 10: Жидкости и твердые вещества</a>.

Атомы и молекулы взаимодействуют посредством связей (или сил): внутримолекулярных и межмолекулярных. Эти силы являются электростатическими, поскольку они возникают в результате взаимодействий ...

Education

JoVE Core

Molecular Biology

Молекулярная биология

Unit 1

Раздел 1

Biochemistry of the Cell

Биохимия клетки

KEY TERMS AND CONCEPTS

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ

forces between molecules

Forces between molecules help explain why matter behaves the way it does. These intermolecular attractions act between separate molecules, not within a single molecule. They are often much weaker than the bonds that hold atoms together inside a molecule, but they still affect many properties of liquids and solids.

Several common types of intermolecular forces are covered in this topic. These include dipole-dipole forces, hydrogen bonding, ion-dipole forces, and van der Waals forces. Van der Waals forces are also called dispersion forces or London dispersion forces.

These attractions help determine how molecules stick together and how they move past one another. In liquids, they influence flow and boiling behavior. In solids, they help shape the structure and stability of the material.

Forces Between Molecules

the periodic table and organismal elements

the-periodic-table-and-organismal-elements

Element Groups in Living Things

Living things are built from elements found on the periodic table. This page focuses on the elements that make up organisms and how they are grouped in biology. These organismal elements are usually divided into major, minor, and trace categories. Major elements make up most of the mass of living matter. Minor elements are needed in smaller amounts. Trace elements are present in very small amounts but still play important roles. The periodic table helps show where these elements fit and how...

functional groups

Functional Groups in Organic Molecules

Functional groups are the parts of organic molecules that give them specific chemical behavior. They help determine how a compound reacts and what properties it has. In organic chemistry, these groups are used to classify molecules in a clear way. Hydrocarbons are one common class of organic compounds. They contain only carbon and hydrogen. Alcohols, aldehydes, and ketones are other classes that are identified by their functional groups. These groups make each class behave differently from the...

polymers

Polymer Structures and Uses

Polymers are large molecules built from repeating smaller units called monomers. Their long-chain structure gives them many different properties and makes them useful in everyday materials. Polymers can form in two main ways. In addition polymerization, monomers join together without losing any atoms. In condensation polymerization, monomers link while a small molecule is released. These two pathways help explain how many common plastics and related materials are made. The structure of a...

what are lipids?

Lipids in Cells: Fats and Membranes

Lipids are a group of biomolecules found in living things. They are known for their role in energy storage and in building cell membranes. This makes them important in many parts of biology. Fats are one common type of lipid. Other lipids include phospholipids and steroids. Each group has a different structure and a different job in the body. Phospholipids are especially important because they help form cell membranes. Steroids also belong to the lipid group, and they have their own distinct...

structure of lipids

Types of Lipids and Their Structure

Lipids are a major group of biological molecules, and their structure helps explain their different forms. Many lipids are built from fatty acids, which are long hydrocarbon chains with a carboxyl group. The carbon chain is hydrophobic, meaning it does not mix well with water, while the carboxyl group is the acidic end. Triglycerides are one common lipid type. They consist of a glycerol molecule joined to three fatty acid chains. Saturated triglycerides have fatty acids with only single...

chemistry of carbohydrates

Carbohydrate Structures and Types

Carbohydrates are biomolecules built from carbon, hydrogen, and oxygen. Their chemistry helps explain how simple sugars join together and how larger carbohydrate molecules form. The smallest carbohydrates are monosaccharides, or single sugar units. These can link to make disaccharides, which contain two sugar units, and polysaccharides, which are long chains of many sugar units. Carbohydrates play an important role in biology because they are part of the structures and processes found in...

nucleic acids

Nucleic Acids and Genetic Information

Nucleic acids carry genetic information in cells. They include DNA and RNA, which are made from nucleotide building blocks. These molecules store, copy, and help use the instructions needed for life. DNA is the main long-term storage molecule for genetic information. RNA helps carry and use that information in cells. Together, these nucleic acids connect the code in a cell to the proteins it can make.

intermolecular forces

Forces between molecules help explain why matter behaves the way it does. These intermolecular attractions act between separate molecules, not within a single molecule. They are often much weaker than the bonds that hold atoms together inside a molecule, but they still affect many properties of liquids and solids. Several common types of intermolecular forces are covered in this topic. These include dipole-dipole forces, hydrogen bonding, ion-dipole forces, and van der Waals forces. Van der...

noncovalent attractions in biomolecules

How Biomolecules Hold Their Shape

Biomolecules hold their shape through noncovalent attractions. These interactions occur within and between molecules and help control the structure and stability of complexes. They are different from covalent bonds because they do not involve sharing electrons. Four main noncovalent interactions are important in biology: hydrogen bonds, van der Waals forces, ionic bonds, and hydrophobic interactions. Hydrogen bonds form when a hydrogen atom is covalently bonded to a strongly electronegative...

pH Scale and Acid-Base Balance

pH measures how acidic or basic an aqueous solution is. It is a key way to describe the balance between acids and bases in water-based solutions. The pH scale shows this balance with low values for acidic solutions and high values for basic solutions. Neutral solutions fall in the middle of the scale. Understanding pH helps explain how different substances behave in water. It also helps compare solutions that are more acidic, more basic, or neutral.

hydrolysis of atp

ATP Hydrolysis and Energy Release

ATP hydrolysis is a key chemical reaction in cells that releases energy. ATP, or adenosine triphosphate, is the molecule cells use to store and transfer energy for many processes. During hydrolysis, water breaks the bond in ATP’s terminal phosphate group. This reaction converts ATP into ADP, or adenosine diphosphate, and inorganic phosphate. The released energy can then be used to drive cellular work. High school biology students often see ATP hydrolysis as part of energy transfer in living...

key terms and concepts

Explore the main intermolecular attractions, including dipole-dipole forces, hydrogen bonding, ion-dipole forces, and van der Waals forces, for high school chemistry.

Forces Between Molecules | JoVE K12

molecular biology

JoVE Core Molecular Biology showcases the molecular processes of the cell through clear and concise animated video lessons. Additionally, in scientist-in-action videos, these concepts' application is demonstrated through real experiments in modern laboratories.

Forces Between Molecules

Description

Transcript

Tags