Chemija · Pamoka
Dispersinės ir dipolinės jėgos, vandeniliniai ryšiai
Paaiškinkite, kodėl medžiagai keičiant būseną jos molekulės gali išlikti nepakitusios. Palyginkite dalelių sąveikas, nelaikydami jų pavadinimų universaliu sąveikų stiprumo reitingu.
Grįžti į chemijos planąBaigę pamoką, galėsite
- Atskirti ryšius molekulių viduje nuo sąveikų tarp molekulių.
- Atpažinti dispersines sąveikas tiek polinėse, tiek nepolinėse medžiagose.
- Atpažinti įprastus vandenilinio ryšio donorus ir akceptorius, išlaikant platesnę šio ryšio apibrėžtį.
Molekulės ryšiai gali išlikti, nors jos kaimynai keičiasi
Įsivaizduokite nuo švaraus paviršiaus garuojantį vandenį. Įprastai garuojant vandens molekulės atsiskiria nuo kaimyninių molekulių; kiekviena H₂O molekulė paprastai nesuyra į atskirus vandenilio ir deguonies atomus. Kovalentiniai O–H ryšiai molekulės viduje išlieka, o molekulių išsidėstymas ir jų tarpusavio sąveikos keičiasi.
Šis skirtumas gerai tinka molekulinėms medžiagoms. Joniniam kristalui ar kovalentiniam tinklui reikia atskiro sandaros aprašymo, o ne nepriklausomų mažų molekulių vaizdo. Pirmiausia nustatykite, kokios dalelės sudaro medžiagą, tada klauskite, kurios sąveikos proceso metu keičiasi.
Elektronų tankio svyravimai sukelia dispersines sąveikas
Net nepolinėje molekulėje elektronų pasiskirstymas svyruoja. Svyravimas gali paveikti elektronų pasiskirstymą kaimyninėje molekulėje ir sukelti koreliuotas sąveikas, vadinamas Londono dispersinėmis sąveikomis. Jos veikia ir polinėse molekulėse: nuolatinis molekulės dipolis šio indėlio nepanaikina.
Kuo lengviau deformuojamas elektronų pasiskirstymas, tuo didesnis poliarizuojamumas. Dydis, forma ir galimų sąlyčių geometrija gali paveikti dispersines sąveikas ir bendrą molekulių trauką. Palyginamų medžiagų grupėje molinė masė kartais padeda pastebėti naudingus dėsningumus, tačiau vien masė nėra universalus virimo temperatūros rodiklis.
Nuolatiniai dipoliai ir vandeniliniai ryšiai suteikia kitų sąveikos galimybių
Polinės molekulės sąveikauja ir per nuolatinius dipolius, ir per dispersines sąveikas. Jų orientacija svyruoja, todėl skystis nėra sustingęs paveikslas, kuriame kiekvienas kaimyninis dipolis visada tobulai sulygiuotas. Temperatūra ir molekulių išsidėstymas veikia bendrą jų elgseną.
Vandenilinis ryšys susidaro, kai prie donoro atomo prijungtas vandenilis sąveikauja su tinkamu akceptoriumi. O–H, N–H ir F–H donorai bei tinkami elektronų gausūs akceptoriai yra įprasti įvadiniai pavyzdžiai. Vandeniliniai ryšiai gali jungti skirtingas molekules arba susidaryti vienos molekulės viduje. Įprasti N/O/F pavyzdžiai padeda atpažinti dėsningumus, tačiau neapima visos apibrėžties.
Palyginkite visas sąveikas nurodytomis sąlygomis
Vandens molekulės gali būti vandenilinių ryšių donorais ir akceptoriais; tarp jų taip pat veikia dipolinės ir dispersinės sąveikos. Simetriška metano molekulė neturi nuolatinio molekulinio dipolio, tačiau metano molekulės vis tiek sąveikauja per dispersines sąveikas. Šie pavyzdžiai padeda suprasti, kodėl „nepolinis“ nereiškia „be traukos“.
Nenustatykite vienos universalios eilės, pavyzdžiui, kad dispersinė sąveika visada silpnesnė už bet kurį vandenilinį ryšį. Atskiros sąveikos stiprumas ir visa medžiagos sanglauda yra skirtingi klausimai. Prieš aiškindami savybę palyginkite tikrąsias chemines daleles, jų formą, galimus sąlyčius, fazę ir sąlygas.
| Molekulinis pavyzdys | Dispersinės sąveikos | Nuolatinių dipolių sąveikos | Įprastas vaidmuo sudarant vandenilinį ryšį |
|---|---|---|---|
| CH₄, simetriška izoliuota molekulė | Veikia | Nėra nuolatinio molekulinio dipolio | Nėra įprasto N/O/F donoro |
| HCl, polinė molekulė | Veikia | Galimos tarp molekulių | Nepriskiriama įvadiniams O–H/N–H/F–H donorų pavyzdžiams |
| H₂O | Veikia | Galimos tarp molekulių | O–H donoras ir deguonies akceptorius |
| CH₃OCH₃, dimetileteris | Veikia | Galimos tarp molekulių | Deguonies akceptorius; nėra O–H donoro |
Kokybinis pasirinktų molekulinių sąveikų galimybių palyginimas. Lentelės įrašai nurodo sąveikos mechanizmus; tai nėra skaitinė sąveikų stiprumo ar virimo temperatūrų eilė.
Išnagrinėti pavyzdžiai
Palyginkite donorą ir akceptorių
Ar dimetileteris gali būti vandenilinio ryšio su vandeniu akceptoriumi, nors jo molekulėje nėra O–H ryšio?
- Vandens molekulė suteikia O–H donorą.
- Eterio deguonis gali būti tinkama akceptoriaus vieta.
- Kad molekulė būtų vandenilinio ryšio akceptoriumi, ji neprivalo būti jo donoru.
Taip. Vanduo gali sudaryti vandenilinį ryšį su eterio deguonimi kaip donoras. Taip nustatoma galima sąveika, tačiau iš šio vieno sąlyčio negalima numatyti viso mišinio elgsenos.
Pabandykite patys
Kas įprastai garuojant vandeniui pirmiausia keičiasi: H₂O molekulės tapatybė ar kaimyninių molekulių išsidėstymas?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Kaimyninių molekulių išsidėstymas.
Vandens molekulės atsiskiria, o jų kovalentiniai O–H ryšiai paprastai išlieka.
Ar nepoliniame molekuliniame skystyje nėra tarpmolekulinės traukos?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Dispersinės sąveikos veikia ir nesant nuolatinio molekulinio dipolio.
Ar kiekvienas vandenilinis ryšys turi jungti skirtingas molekules?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Vandeniliniai ryšiai gali susidaryti ir vienos molekulės viduje, kai tai leidžia donoro ir akceptoriaus geometrija.
Ar vien sąveikos pavadinimas leidžia nustatyti universalią medžiagų eilę pagal virimo temperatūrą?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Palyginimą veikia visos sąveikos, molekulių forma ir sąlygos.
Ką verta įsidėmėti
- Atskirkite molekulės tapatybę nuo molekulių tarpusavio išsidėstymo.
- Dispersinės sąveikos veikia tarp polinių ir nepolinių cheminių dalelių.
- Vandeniliniai ryšiai gali susidaryti tarp molekulių arba jų viduje.
- Medžiagos savybes aiškinkite remdamiesi visa sistema.
Šaltiniai
Mokomoji medžiaga ir žinynai, kuriais remiasi pamokos paaiškinimai ir pavyzdžiai.