11.2: Межмолекулярные и внутримолекулярные силы

Межмолекулярные силы (ММС) — это электростатические притяжения, возникающий из заряженности взаимодействий между молекулами. На силу межмолекулярной силы влияет расстояние между молекулами. Силы значительно влияют на взаимодействия в твердых телах и жидкостях, где молекулы расположены близко друг к другу. В газам ММС становятся важными только в условиях высокого давления (из-за близости молекул газа). Межмолекулярные силы определяют физические свойства веществ, таких как их температура плавления, точка кипения, плотность и энтальки синтеза и испарения. При нагревании жидкости термальная энергия, получаемая ее молекулами, преодолевает лимФ, которые удерживают их на месте, и жидкость закипает (превращается в газообразное состояние). Точки кипения и плавления зависят от типа и силы межмолекулярных сил. Например, высококипящая жидкость, такая как вода (H ₂ O, точка кипения 100 ° C), проявляет более сильные межмолекулярные силы по сравнению с низкокипящей жидкостью, такой как гексан (C ₆ H ₁₄ , bp 68,73 & # 176; C).

В то время как между молекулами существуют межмолекулярные силы, внутримолекулярные силы существуют внутри молекул и удерживают атомы в данной молекуле вместе. Внутримолекулярные силы сохраняют молекулу нетронутой; изменение состояния вещества не влияет на внутримолекулярные взаимодействия. Например, хотя таяние льда частично нарушает межмолекулярные силы между твердыми молекулами H ₂ O, тем самым перестраивая их и превращая лед в жидкую воду, оно не разрушает индивидуальный H ₂ O молекул.

Внутримолекулярные силы могут быть ионными, ковалентными или металлическими по своей природе.

Атомы приобретают (неметаллы) или теряют электроны (металлы) с образованием ионов (анионов и катионов) с особенно стабильной электронной конфигурацией. Соединения, состоящие из ионов, называются ионными соединениями (или солями), а составляющие их ионы удерживаются вместе ионными связями: электростатическими силами притяжения между противоположно заряженными катионами и анионами. Например, хлорид магния (MgCl ₂ ) представляет собой ионное соединение, состоящее из катионов магния и анионов хлорида, удерживаемых вместе прочными ионными связями.

Ковалентная связь (неполярная или полярная) образуется, когда электроны разделяются между атомами и образуется молекула. Неполярные ковалентные связи возникают, когда атомы разделяют электроны поровну, например, в водороде (H ₂ ). Полярные ковалентные связи образуются из-за неравного распределения электронов; один атом оказывает на электроны более сильную силу притяжения, чем другой. Примером может служить хлористый водород, HCl.

Металлические твердые частицы, например кристаллы меди, алюминия и железа, образованы атомами металлов. Атомы внутри такого металлического твердого тела удерживаются вместе уникальной силой, известной как металлическая связь, которая дает начало множеству полезных и разнообразных объемных свойств.

Межмолекулярные силы намного слабее по сравнению с внутримолекулярными силами. Например, чтобы преодолеть ММС в одном моль жидкой HCl и преобразовать ее в газообразный HCl, требуется всего около 17 килоджоулей. Однако для разрыва ковалентных связей между атомами водорода и хлора в одном моль HCl требуется примерно в 25 раз больше энергии, что составляет 430 килоджоулей.

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд. , Глава 10. Жидкости и твердые тела.