ЩО ТАКЕ ДИПОЛЬНІ ДИПОЛЬНІ СИЛИ? - ХІМІЯ - 2025

У диполь дипольні сили або сили Кеезомом є міжмолекулярні взаємодії присутніх в молекулах з постійними дипольними моментами. Це одна із сил Ван-дер-Ваальса, і хоча вона далеко не найсильніша, але є ключовим фактором, що пояснює фізичні властивості багатьох сполук.

Термін "диполь" прямо позначає два полюси: один негативний і один позитивний. Таким чином, ми говоримо про дипольні молекули, коли вони визначають області високої та низької електронної щільності, що можливо лише в тому випадку, якщо електрони переважно «мігрують» у бік певних атомів: найбільш електронегативних.

Верхнє зображення ілюструє диполь-дипольну взаємодію між двома молекулами АВ з постійними дипольними моментами. Так само можна спостерігати, як молекули орієнтовані так, щоб взаємодії були ефективними. Таким чином, позитивна область δ + притягує негативну область δ-.

Відповідно до вищесказаного можна вказати, що цей тип взаємодії є спрямованим (на відміну від іонних взаємодій заряд-заряд). Молекули в їхньому середовищі орієнтують свої полюси таким чином, що, хоча вони слабкі, сума всіх цих взаємодій надає сполуці велику міжмолекулярну стабільність.

Це призводить до того, що сполуки (органічні або неорганічні), здатні утворювати диполь-дипольні взаємодії, мають високі температури кипіння або плавлення.

Дипольний момент

Дипольний момент µ молекули - це векторна величина. Іншими словами: це залежить від напрямків, де є градієнт полярності. Як і чому виникає цей градієнт? Відповідь полягає у зв’язках та внутрішньої сутності атомів елементів.

Наприклад, у верхньому зображенні А є більш електронегативним, ніж В, тому в зв'язці АВ найвища щільність електронів розташована навколо А.

З іншого боку, В "відмовляється" від своєї електронної хмари і, отже, оточений областю, бідною електронами. Ця різниця електронегативностей між A і B створює градієнт полярності.

Оскільки одна область багата електронами (δ-), а друга бідна електронами (δ +), з'являються два полюси, які залежно від відстані між ними походять різної величини µ, що визначаються для кожної сполуки .

Симетрія

Якщо молекула певної сполуки має µ = 0, то, як кажуть, це аполярна молекула (навіть якщо вона має градієнти полярності).

Щоб зрозуміти, як симетрія - а отже, і молекулярна геометрія - відіграє важливу роль у цьому параметрі, необхідно ще раз розглянути зв'язок AB.

Через різницю в їх електронегативності визначені регіони, багаті та бідні електронами.

Що робити, якщо посилання були AA або BB? У цих молекулах не було б дипольного моменту, оскільки обидва атоми однаково притягують до них електрони зв’язку (стовідсотковий ковалентний зв’язок).

Як видно із зображення, ані молекула АА, ані ВВ зараз не демонструють областей, багатих або бідних електронами (червоний та синій). Тут інший тип сил відповідає за утримання А ₂ і В _{2 разом} : індуковані диполь-дипольні взаємодії, також відомі як сили Лондона або сили дисперсії.

Навпаки, якби молекули були типу AOA або BOB, між їх полюсами відбулося б відштовхування, оскільки вони мають однакові заряди:

Області δ + двох молекул BOB не дозволяють ефективно взаємодія диполь-диполь; те ж саме відбувається для δ- областей двох молекул AOA. Так само обидві пари молекул мають µ = 0. Градієнт полярності OA векторіально скасовується з рівнем зв'язку AO.

Отже, сили розсіювання також грають у парі AOA та BOB через відсутність ефективної орієнтації диполів.

Асиметрія в нелінійних молекулах

Найпростіший випадок - молекула CF ₄ (або тип CX ₄ ). Тут С має тетраедральну молекулярну геометрію, а області, багаті електронними, знаходяться у вершинах, конкретно на електронегативних атомах F.

Градієнт полярності CF скасовується в будь-якому з напрямків тетраедра, внаслідок чого векторна сума всіх цих дорівнює 0.

Таким чином, хоча центр тетраедра дуже позитивний (δ +) і його вершини дуже негативні (δ-), ця молекула не може утворювати диполь-дипольні взаємодії з іншими молекулами.

Орієнтації диполів

У випадку лінійних молекул АВ вони орієнтовані таким чином, що вони утворюють найбільш ефективні диполь-дипольні взаємодії (як показано на зображенні вище). Вищезазначене застосовується аналогічно для інших молекулярних геометрій; наприклад, кутові у випадку молекул NO ₂ .

Таким чином, ці взаємодії визначають, чи є з'єднання АВ газом, рідиною або твердим речовиною при кімнатній температурі.

Що стосується сполук A ₂ і B ₂ ( сполук фіолетових еліпсів), то дуже ймовірно, що вони є газоподібними. Однак якщо його атоми дуже об'ємні і легко поляризуються (що збільшує сили Лондона), то обидва сполуки можуть бути як твердими, так і рідкими.

Чим сильніше взаємодія диполь-диполь, тим більша згуртованість між молекулами; аналогічно, чим вище температура плавлення і кипіння сполуки. Це тому, що для "розриву" цих взаємодій потрібні більш високі температури.

З іншого боку, підвищення температури змушує молекули вібрувати, обертатися та рухатися частіше. Це "молекулярне збудження" погіршує орієнтацію диполів, і тому міжмолекулярні сили сполуки ослаблені.

Взаємодії водневого зв’язку

На верхньому зображенні показано п'ять молекул води, що взаємодіють водневими зв’язками. Це особливий тип взаємодій диполь-диполь. Область бідних електронами зайнята Н; а область, збагачена електронами (δ-), зайнята сильно електронегативними атомами N, O та F.

Тобто молекули з N, O і F атомами, зв'язаними з Н, можуть утворювати водневі зв’язки.

Таким чином, водневі зв’язки - OHO, NHN та FHF, OHN, NHO тощо. Ці молекули мають постійні і дуже інтенсивні дипольні моменти, які правильно їх орієнтують, щоб "скористатися" цими мостами.

Вони енергетично слабкіші за будь-який ковалентний або іонний зв’язок. Хоча сума всіх водневих зв’язків у фазі сполуки (тверда, рідка або газоподібна) робить її проявляючими властивостями, що визначають її як унікальну.

Наприклад, такою є вода, водневі зв’язки якої відповідають за її високу температуру кипіння та за те, що в крижаному стані є менш щільним, ніж рідка вода; причина, чому айсберги плавають у морях.

Список літератури

1. Дипольсько-дипольні сили. Отримано 30 травня 2018 року з: chem.purdue.edu
2. Безмежне навчання. Дипольно-дипольна сила. Отримано 30 травня 2018 року з: groups.lumenlearning.com
3. Дженніфер Рушар. (2016). Дипольсько-дипольні сили. Отримано 30 травня 2018 року з: sophia.org
4. Гельменстін, Анна Марі, к.т.н. (3 травня 2018 р.). Які є приклади з’єднання водню? Отримано 30 травня 2018 року з: thinkco.com
5. Mathews, CK, Van Holde, KE та Ahern, KG (2002) Біохімія. Третє видання. Addison Wesley Longman, Inc., P 33.
6. Віттен, Девіс, Пек і Стенлі. Хімія. (8-е видання). CENGAGE Навчання, стор 450-452.
7. Користувач Qwerter. (16 квітня 2011 р.). 3D-модель водневих зв'язків в туалеті. . Отримано 30 травня 2018 року з: commons.wikimedia.org