Межмолекулярные силы и физические свойства

Электростатические взаимодействия, которые существуют между молекулами, называются межмолекулярными силами. Эти силы притяжения влияют на различные физические свойства, такие как температура плавления, температура кипения и растворимость.

Три основных типа межмолекулярных сил включают сильные ион-дипольные взаимодействия между ионами и полярными молекулами, диполь-дипольные взаимодействия между полярными молекулами и, наконец, самое слабое из всех — дисперсионные силы, присутствующие во всех молекулах, полярных и неполярных.

Ион-дипольные взаимодействия являются общими для решений. Когда ионное соединение, такое как хлорид натрия, растворяется в полярном растворителе, таком как вода, ионы выравниваются с противоположно заряженными концами молекул воды, обеспечивая максимальное электростатическое притяжение.

С другой стороны, диполь-дипольные взаимодействия проявляются в полярных молекулах с постоянными диполями, где положительный конец одной молекулы электростатически взаимодействует с отрицательным концом соседней молекулы.

Когда атом водорода, связанный с кислородом, азотом или фтором, притягивается к электроотрицательному атому соседней молекулы, образуется водородная связь — особый тип диполь-дипольного взаимодействия. Примечательно, что соединения, способные связываться с водородом, демонстрируют высокие температуры плавления и кипения.

Дисперсионные силы являются результатом временных диполей и имеют тенденцию увеличиваться с увеличением молярной массы. Атомы с большими массами имеют больше электронов и более крупные электронные облака, что приводит к увеличению дисперсионных сил. В результате требуется больше энергии для преодоления сил притяжения между соседними атомами, что приводит к более высоким температурам кипения и плавления.

Это объясняет, почему температура кипения алканов увеличивается с увеличением их молярной массы.

Однако молярное образование не является единственным критерием. Несмотря на одинаковые массы, н-пентан имеет более высокую температуру кипения, чем неопентан, из-за увеличенной площади поверхности, доступной для дисперсионных сил.

Межмолекулярные силы также имеют решающее значение в определении растворимости. Жидкости аналогичного типа и величины межмолекулярных сил, такие как вода и этанол, полностью растворимы во всех пропорциях или смешиваются.

Напротив, такие жидкости, как гексан и вода, с различными типами и величинами межмолекулярных сил, нерастворимы в большинстве пропорций или несмешиваемы.

В целом, межмолекулярные силы относительно слабы, потому что малые или частичные заряды взаимодействуют на больших расстояниях.