11.3:
Moleküller Arası Kuvvetler
11.3:
Moleküller Arası Kuvvetler
Atomlar ve moleküller, bağlar (veya kuvvetler) yoluyla etkileşir: molekül içi ve moleküller arası. Kuvvetler, yüklü türler (kalıcı, kısmi veya geçici yükler) arasındaki etkileşimlerden (çekici veya itici) ortaya çıktıkları ve iyonlar, polar, polar olmayan ve nötr moleküller arasında değişen güçlerde var oldukları için elektrostatiktir. Moleküller arası kuvvetlerin farklı türleri, iyon–dipol, dipol–dipol, hidrojen bağları ve dağılımdır; bunlar arasında, dipol–dipol, hidrojen bağları ve dağılım kuvvetleri nötr atomlar ve moleküller arasında bulunur ve topluca van der Waals kuvvetleri olarak bilinir.
Dipol–dipol kuvvetler
Polar moleküllerin bir ucunda kısmi bir pozitif yük ve molekülün diğer ucunda kısmi bir negatif yük vardır — dipol adı verilen bir yük ayrımı. HCl gibi polar bir molekülde, daha elektronegatif Cl atomu kısmi negatif yükü taşır, daha az elektronegatif H atomu ise kısmi pozitif yükü taşır. HCl molekülleri arasındaki çekici bir kuvvet, bir HCl molekülünün pozitif ucu ile diğerinin negatif ucu arasındaki çekimden kaynaklanır. Bu çekici kuvvete dipol–dipol çekim denir — bir polar molekülün kısmen pozitif ucu ile diğerinin kısmen negatif ucu arasındaki elektrostatik kuvvet.
Dağılım Kuvvetleri
Üç van der Waals kuvvetinden biri, maddeyi oluşturan atomların veya moleküllerin doğasına bakılmaksızın tüm yoğun fazlarda mevcuttur. Bu çekici kuvvete, 1928’de ilk kez açıklayan Alman doğumlu Amerikalı fizikçi Fritz London’un onuruna London dağılım kuvveti denir. Bu kuvvet genellikle basitçe dağılım kuvveti olarak adlandırılır. Bir atom veya molekülün elektronları sürekli hareket halinde olduğundan (veya alternatif olarak konumları kuantum-mekanik değişkenliğe tabidir), zamanın herhangi bir anında, bir atom veya molekül, elektronları dağıtılırsa geçici, anlık bir dipol geliştirebilir. asimetrik olarak. Bu dipolün varlığı, sırayla, komşu atom veya molekülün elektronlarını bozarak indüklenmiş bir dipol üretebilir. Bu iki hızlı dalgalanan, geçici dipol böylece türler arasında nispeten zayıf bir elektrostatik çekimle sonuçlanır — sözde bir dağılım kuvveti.
Farklı moleküllerdeki atomlar arasında gelişen dispersiyon kuvvetleri, iki molekülü birbirine çekebilir. Ancak kuvvetler nispeten zayıftır ve yalnızca moleküller çok yakın olduğunda önemli hale gelir. Daha büyük ve daha ağır atomlar ve moleküller, daha küçük ve daha hafif atom ve moleküllerden daha güçlü dispersiyon kuvvetleri sergiler. F2 ve Cl2 oda sıcaklığındaki gazlardır (daha zayıf çekici kuvvetleri yansıtır); Br2 bir sıvıdır ve I2 bir katıdır (daha güçlü çekici kuvvetleri yansıtır).
Hidrojen Bağları
Nitrosil florür (ONF, moleküler kütle 49 amu), oda sıcaklığında bir gazdır, oysa su (H2O, moleküler kütle 18 amu), daha düşük bir moleküler kütleye sahip olmasına rağmen bir sıvıdır. Her iki molekül de yaklaşık aynı şekle sahiptir ve ONF daha ağır ve daha büyük moleküldür. Bu nedenle, daha önemli dağılım kuvvetlerine maruz kalması beklenmektedir. Ek olarak, kaynama noktalarındaki bu fark, moleküllerin dipol momentlerindeki farklılıklardan kaynaklanamaz. Her iki molekül de kutupludur ve karşılaştırılabilir dipol momentleri sergiler. Kaynama noktaları arasındaki büyük fark, bir molekül flor, oksijen veya nitrojen atomuna (en çok elektronegatif element) bağlı bir hidrojen atomu içerdiğinde meydana gelebilecek özellikle güçlü bir dipol–dipol çekiminden kaynaklanmaktadır. H atomu (2.1) ile bağlı olduğu atom arasındaki elektronegatiflikteki çok büyük fark (bir F atomu için 4.0, O atomu için 3.5 veya bir N atomu için 3.0), a’nın çok küçük boyutuyla birlikte H atomu ve F, O veya N atomlarının nispeten küçük boyutları, bu atomlarla yüksek oranda konsantre kısmi yüklere yol açar. F-H, O-H veya N-H parçalarına sahip moleküller, yakın moleküllerde benzer parçalara çok güçlü bir şekilde çekilir, özellikle güçlü bir dipol–dipol çekimi türü hidrojen bağı olarak adlandırılır. Hidrojen bağlarının örnekleri, hidrojen bağlarının noktalarla gösterildiği HF⋯HF, H2O⋯HOH ve H3N⋯HNH2‘yi içerir.
İyon–dipol kuvvetleri
Bir iyon–dipol kuvveti, bir iyon ve bir dipol arasındaki elektrostatik çekimdir. Bu kuvvetler çözeltilerde yaygındır ve iyonik bileşiklerin suda çözünmesinde önemli bir rol oynar.
KCl gibi iyonik bir bileşik, su gibi polar bir çözücüye eklendiğinde, katıdaki iyonlar ayrılır ve üniform olarak dağılır. İyon–dipol kuvvetleri, polar su moleküllerinin pozitif (hidrojen) ucunu katının yüzeyindeki negatif klorür iyonlarına çeker ve negatif (oksijen) uçları pozitif potasyum iyonlarına çeker. Su molekülleri, tek tek K+ ve Cl− iyonlarını çevreler, iyonları birbirine bağlayan güçlü interiyonik kuvvetleri azaltır (bir katı halinde) ve çözelti içinde çözünmüş iyonlar olarak hareket etmelerine izin verir. Elektrostatik çekimin üstesinden gelmek, iyonlar çözülmemiş bileşikteki sabit konumlardan çözelti içinde geniş çapta dağılmış, çözülmüş iyonlara geçerken seyreltik bir çözelti içindeki her hidratlanmış iyonun bağımsız hareketine izin verir.
İyon–dipol etkileşimlerinin gücü, i) iyon üzerindeki yük ve ii) polar moleküllerin dipolünün büyüklüğü ile doğru orantılıdır.
Bu metin bu kaynaktn uyarlanmıştır Openstax, Chemistry 2e, Chapter 10: Liquids and Solids.