- Intermolekylära elektriska interaktioner
- Interaktion mellan permanenta dipoler
- Interaktion mellan en permanent dipol och en inducerad dipol
- Londonstyrkor eller spridning
- Van der Waals radioapparater
- Krafter och energi i den elektriska interaktionen mellan atomer och mellan molekyler
- referenser
Den Van der Waals kraft är intermolekylära krafter elektriska i naturen som kan vara lockande eller motbjudande. Det finns en interaktion mellan ytorna på molekyler eller atomer, som skiljer sig väsentligt från de joniska, kovalenta och metalliska bindningarna som bildas inuti molekylerna.
Även om de är svaga kan dessa krafter locka gasmolekyler; också det för flytande och stelnade gaser och de från alla organiska vätskor och fasta ämnen. Johannes Van der Waals (1873) var den som utvecklade en teori för att förklara verkliga gasers beteende.
I den så kallade Van der Waals lag för verkliga gaser - (P + en 2 / V 2 ) (V - nb)) = nRT- två konstanter introduceras: konstanten b (dvs. den volym som upptas av molekyler av gas) och "a", vilket är en empirisk konstant.
Konstanten "a" korrigerar avvikelsen från det förväntade beteendet hos ideala gaser vid låga temperaturer, precis där attraktionskraften mellan gasmolekylerna uttrycks. En atoms förmåga att polarisera i det periodiska systemet ökar från toppen av en grupp till botten av den, och från höger till vänster under en period.
När atomantalet ökar - och därför antalet elektroner - är de som finns i de yttre skalen lättare att flytta för att bilda polära element.
Intermolekylära elektriska interaktioner
Interaktion mellan permanenta dipoler
Det finns elektriskt neutrala molekyler, som är permanenta dipoler. Detta beror på en störning i den elektroniska distributionen som ger en rumslig separering av de positiva och negativa laddningarna mot ändarna av molekylen, som utgör en dipol (som om den var en magnet).
Vatten består av 2 väteatomer i ena änden av molekylen och en syreatom i den andra änden. Syre har en högre affinitet för elektroner än väte och lockar dem.
Detta ger en förskjutning av elektronema mot syre, vilket lämnar detta negativt laddat och väte positivt laddat.
Den negativa laddningen av en vattenmolekyl kan interagera elektrostatiskt med den positiva laddningen av en annan vattenmolekyl som orsakar en elektrisk attraktion. Således kallas denna typ av elektrostatisk interaktion Keesom-krafter.
Interaktion mellan en permanent dipol och en inducerad dipol
Den permanenta dipolen visar vad som kallas ett dipolmoment (µ). Storleken på dipolmomentet ges av det matematiska uttrycket:
^ = qx
q = elektrisk laddning.
x = rumsligt avstånd mellan polerna.
Dipolmomentet är en vektor som genom konvention representeras orienterad från den negativa polen till den positiva polen. Storleken på µ gör det ont att uttrycka i debye (3,34 × 10-30 cm)
Den permanenta dipolen kan interagera med en neutral molekyl som orsakar en förändring i dess elektroniska distribution, vilket resulterar i en inducerad dipol i denna molekyl.
Den permanenta dipolen och den inducerade dipolen kan interagera elektriskt och alstra en elektrisk kraft. Denna typ av interaktion kallas induktion, och krafterna som verkar på den kallas Debye-krafter.
Londonstyrkor eller spridning
Naturen hos dessa attraktiva krafter förklaras av kvantmekanik. London antydde att på ett ögonblick, i elektriskt neutrala molekyler, kanske centrum för de negativa laddningarna för elektronerna och mitten av de positiva laddningarna i kärnorna inte sammanfaller.
Så fluktuationen av elektrondensitet gör att molekylerna kan uppträda som tillfälliga dipoler.
Detta är i sig inte en förklaring till attraktiva krafter, men tillfälliga dipoler kan inducera korrekt inriktad polarisering av angränsande molekyler, vilket resulterar i generering av en attraktiv kraft. De attraktiva krafterna som genereras av elektroniska fluktuationer kallas London-styrkor eller spridning.
Van der Waals-krafter visar anisotropi, varför de påverkas av orienteringen av molekylerna. Men interaktioner av dispersionstyp är alltid övervägande attraktiva.
Londonkrafterna blir starkare när storleken på molekylerna eller atomerna ökar.
I halogener, de låga atomnummer F 2 och Cl 2 -molekyler är gaser. Br 2 med det högsta atomnumret är en vätska och I 2 , halogen med det högsta atomantalet är ett fast ämne vid rumstemperatur.
Genom att öka atomantalet ökar antalet närvarande elektroner, vilket underlättar polariseringen av atomerna och därför interaktioner mellan dem. Detta bestämmer halogenens fysiska tillstånd.
Van der Waals radioapparater
Interaktioner mellan molekyler och mellan atomer kan vara attraktiva eller avvisande, beroende på ett kritiskt avstånd mellan deras centra, som kallas r v .
På avstånd mellan molekyler eller atomer som är större än r v , är attraktionen mellan kärnorna i en molekyl och de andra elektronerna dominerande över repulsionerna mellan kärnorna och elektronerna i de två molekylerna.
I det beskrivna fallet är interaktionen attraktiv, men vad händer om molekylerna närmar sig på ett avstånd mellan deras centra mindre än rv? Sedan dominerar den avvisande kraften över den attraktiva, som motsätter sig en närmare tillvägagångssätt mellan atomerna.
Värdet på r v ges av de så kallade Van der Waals-radierna (R). För sfäriska och identiska molekyler är r v lika med 2R. För två olika molekyler av radierna R 1 och R 2 : r v är lika med R 1 + R 2 . Värdena på Van der Waals-radierna anges i tabell 1.
Värdet som anges i tabell 1 indikerar en Van der Waals-radie på 0,12 nm ( 10-9 m) för väte. Så värdet på r v för denna atom är 0,24 nm. Till ett värde av r v mindre än 0,24 nm kommer det att finnas en repulsion mellan väteatomer.
Tabell 1. Van der Waals radier för vissa atomer och grupper av atomer.
Krafter och energi i den elektriska interaktionen mellan atomer och mellan molekyler
Kraften mellan ett par laddningar q 1 och q 2 , separerade i ett vakuum av avståndet r, ges av Coulombs lag.
F = k. q 1 .q 2 / r 2
I detta uttryck är k en konstant vars värde beror på de använda enheterna. Om värdet på styrkan - som ges av tillämpningen av Coulombs lag - är negativt, indikerar det en attraktiv kraft. Tvärtom, om värdet som ges för kraften är positivt, tyder det på en avvisande kraft.
Eftersom molekylerna vanligtvis finns i ett vattenhaltigt medium som skyddar de elektriska krafterna som utövas, är det nödvändigt att införa termen dielektrisk konstant (e). Således korrigerar denna konstant det värde som ges för de elektriska krafterna genom tillämpningen av Coulombs lag.
F = kq en .q 2 /ε.r 2
På liknande sätt ges energin för den elektriska interaktionen (U) genom uttrycket:
U = k. q 1 .q 2 /ε.r
referenser
- Redaktörerna för Encyclopaedia Britannica. (2018). Van der Waals styrker. Hämtad 27 maj 2018, från: britannica.com
- Wikipedia. (2017). Van der Waals styrker. Hämtad 27 maj 2018, från: es.wikipedia.org
- Kathryn Rashe, Lisa Peterson, Seila Buth, Irene Ly. Van der Waals styrkor. Hämtad 27 maj 2018, från: chem.libretexts.org
- Morris, JG (1974) A Biologist's Physical Chemistry. 2and upplagan. Edward Arnold (Förlag) Limited.
- Mathews, CK, Van Holde, KE och Ahern, KG (2002) Biochemistry. Tredje upplagan. Addison Wesley Longman, Inc.