Cząsteczek nie łączy żadne wiązanie chemiczne, dlatego mogą się przyciągać lub odpychać. Jednak takie oddziaływanie jest dużo słabsze niż wiązania. Oddziaływania między cząsteczkami związku chemicznego, niepołączone wiązaniami chemicznymi, nazywamy oddziaływaniami międzycząsteczkowymi lub siłami van der Waalsasiły van der Waalsasiłami van der Waalsa. Siła ta opisuje odpychanie lub przyciąganie między cząsteczkami i jest częściowo odpowiedzialna za stan skupienia związków chemicznych.
Rw69WztlMPdYx
bg‑azure
Oddziaływania międzycząsteczkowe
Wyróżniamy następujące typy oddziaływań międzycząsteczkowych:
Oddziaływanie dipol–dipol występuje w cząsteczkach polarnychcząsteczka polarna, cząsteczka biegunowa, cząsteczka dipolowa, dipolcząsteczkach polarnych, czyli takich, które mają cząstkowy ładunek (ujemny i dodatni), skoncentrowany w danym obszarze związku chemicznego. Cząsteczka polarna jest więc cząsteczką o stałym elektrycznym momencie dipolowymdipolowy moment elektrycznyelektrycznym momencie dipolowym. Powstaje on w wyniku przyciągania elektronów w kierunku pierwiastka o większej elektroujemności, do pierwiastka o mniejszej elektroujemności. Dodatkowo, cząsteczka musi wykazywać odpowiednią symetrię – ładunki muszą być skoncentrowane w odpowiedniej części związku. Rozważmy następujące przykłady: tlenek węgla() i woda .
R67FODLnSAoz6
Jednostką momentu dipolowego w układzie SI jest iloczyn (kulomba) i (metra):
– długość wiązania, odległość między ładunkami;
– ładunek na końcach dipoli.
Im silniejsze oddziaływanie dipol–dipol między cząsteczkami, tym większa jest siła potrzebna do rozdzielenia tych cząsteczek. Możemy to zbadać m.in. za pomocą temperatur wrzenia cieczy: w miarę wzrostu temperatury wrzenia rośnie siła oddziaływania.
bg‑azure
Siły Londona
Siły Londona są wynikiem wzajemnego przyciągania się wszystkich cząsteczek. Jest to jedyne oddziaływanie, które występuje między atomami gazów szlachetnych i między cząsteczkami niepolarnymi. Niepolarne cząsteczki mogą wykazywać chwilowy moment dipolowy, wynikający z deformacji chmury elektronowej.
R1hI2rXGYvVP7
Ważne!
Siła oddziaływań Londona wzrasta z liczbą elektronów w cząsteczce, a więc z masą molową związku.
Zmiany właściwości fizycznych związków pod wpływem sił Londona wykazują węglowodory. Wraz ze wzrostem ilości atomów węgla w cząsteczce węglowodoru, zmienia się ich stan skupienia w warunkach pokojowych. Od węglowodorów, które są gazami, poprzez cieczce, aż po węglowodory o dużej ilości atomów węgla, będące ciałami stałymi. W wyniku zwiększania się ilości atomów węgla, cząsteczki te mają większą możliwość oddziaływania ze sobą. Nie są one trwałymi dipolami, ale wraz z ich wzrastającą masą cząsteczkową zwiększa się siła – co przedstawiono na poniższych zdjęciach.
R5sec1inW55rK
RGx1skBJpQF2z
R1YHFacXj22Qw
Ważnym czynnikiem, wpływającym na siłę oddziaływań, jest także kształt cząsteczki: pentan wrze w temperaturze , a –dimetylopropan w temperaturze . Oddziaływania w przypadku drugiego związku są znacznie słabsze. Im bardziej rozgałęzione związki, tym oddziaływanie Londona jest słabsze.
R15QoCXWCiowd
R117vFjz8uVhp
bg‑azure
Wiązania wodorowe
Wiązanie wodorowewiązanie wodoroweWiązanie wodorowe jest najsilniejszym oddziaływaniem z opisanych powyżej. Utworzone jest przez atom wodoru, położony między dwoma małymi silnie elektroujemnymi atomami, zawierającymi wolne pary elektronowe – w szczególności , , . Wiązanie wodorowe oznacza się kropkami, np. wiązanie wodorowe . W tym przypadku grupa jest donorem wodoru, a atom azotu akceptorem. Między cząsteczkami wody występuje silne wiązanie wodorowe, dzięki któremu woda wrze w temperaturze .
RIgnnHSIZZwhv
Najistotniejsze efekty wywołane wiązaniami wodorowymi ujawniają się w strukturze białek, a dokładnie w uporządkowanym łańcuchu polipeptydowym DNA. Rozerwanie tych wiązań w cząsteczce DNA może prowadzić do mutacji. Strukturę chemiczną DNA przedstawiono na obrazku poniżej.
Rx2gjrYjOMvLE
Słownik
siły van der Waalsa
siły van der Waalsa
oddziaływanie to polega na słabym oddziaływaniu ze sobą chmury elektronowej indywiduum chemicznego bądź cząsteczki w wyniku ruchów tej chmury elektronowej; jedno z oddziaływań, jakie występuje w cząsteczkach gazów szlachetnych, które utrzymują cząsteczkę tego gazu
lotność
lotność
stosunek ciśnienia cząstkowego danego składnika () w parze nad cieczą do stężenia tego składnika w cieczy:
elektroujemność
elektroujemność
miara zdolności atomów w cząsteczkach związków chemicznych do przyciągania elektronów
cząsteczka utworzona z atomów o różnej elektroujemności, w której nastąpiło rozdzielenie ładunku dodatniego i ujemnego
wiązanie wodorowe
wiązanie wodorowe
rodzaj oddziaływania międzycząsteczkowego lub wewnątrzcząsteczkowego za pośrednictwem atomu wodoru. W wiązaniu wodorowym atom wodoru tworzy mostek łączący dwa elektroujemne atomy . Z jednym z nich () połączony jest wiązaniem kowalencyjnym, a z drugim – siłami elektrostatycznymi
dipolowy moment elektryczny
dipolowy moment elektryczny
wielkość wektorowa, określająca rozkład ładunku elektrycznego w cząsteczce
Bibliografia
Atkins P., Jones L., Chemia ogólna. Cząstki, materia, reakcje, Warszawa 2018.
Atkins P., de Paula J., Physical Chemistry,Ninth Edition, New York 2010.
Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2007.