VAD ÄR DIPOL-DIPOLKRAFTER? - KEMI - 2025

De dipol dipol krafter eller Keesom krafter är de intermolekylära interaktioner är närvarande i molekyler med permanenta dipolmoment. Det är en av Van der Waals-krafterna och även om den är långt ifrån den starkaste är det en nyckelfaktor som förklarar de fysiska egenskaperna hos många föreningar.

Termen "dipol" avser uttryckligen två poler: en negativ och en positiv. Vi talar sålunda om dipolmolekyler när de har definierade regioner med höga och låga elektrondensiteter, vilket bara är möjligt om elektronerna företrädesvis "migrerar" mot vissa atomer: det mest elektronegativa.

Den övre bilden illustrerar dipol-dipolinteraktioner mellan två AB-molekyler med permanenta dipolmoment. På samma sätt kan det observeras hur molekylerna är orienterade så att interaktionerna är effektiva. Således attraherar den positiva regionen 5 + den negativa regionen 5.

Enligt ovanstående kan det specificeras att denna typ av interaktion är riktad (till skillnad från joniska laddningsladdningsinteraktioner). Molekylerna i deras miljö orienterar sina poler på ett sådant sätt att, även om de är svaga, summan av alla dessa interaktioner ger föreningen stor intermolekylär stabilitet.

Detta resulterar i att föreningar (organiska eller oorganiska) som kan bilda dipol-dipolinteraktioner uppvisar höga kok- eller smältpunkter.

Dipole-ögonblick

Dipolmomentet µ för en molekyl är en vektorkvantitet. Med andra ord: det beror på riktningarna där det finns en polaritetsgradient. Hur och varför har denna lutning sitt ursprung? Svaret ligger i bindningarna och i elementens atomer.

Till exempel är i den övre bilden A mer elektronegativ än B, så i AB-bindningen är den högsta elektrontätheten lokaliserad runt A.

Å andra sidan "B" lämnar upp sitt elektronmoln och är därför omgiven av ett elektronfattigt område. Denna skillnad i elektronegativiteter mellan A och B skapar polaritetsgradienten.

Eftersom en region är rik på elektroner (δ-) medan den andra är dålig på elektroner (δ +), visas de två polerna, som beroende på avståndet mellan dem, har olika storlekar av mik, som bestäms för varje förening .

Symmetri

Om en molekyl av en viss förening har μ = 0, sägs den vara en apolär molekyl (även om den har polaritetsgradienter).

För att förstå hur symmetri - och därmed molekylär geometri - spelar en viktig roll i denna parameter är det nödvändigt att överväga AB-bindningen igen.

På grund av skillnaden i deras elektronegativiteter finns det definierade regioner som är rika och fattiga på elektron.

Tänk om länkarna var AA eller BB? I dessa molekyler skulle det inte finnas något dipolmoment, eftersom båda atomerna drar till sig på samma sätt elektronens bindning (hundra procent kovalent bindning).

Som man kan se på bilden visar varken AA- eller BB-molekylen regioner som är rika eller fattiga på elektroner (röd och blå). Här en annan typ av krafter är ansvarig för att hålla A ₂ och B _{2 tillsammans} : inducerade dipol-dipol-interaktioner, även känd som London krafter eller dispersionskrafter.

Tvärtom, om molekylerna var av AOA- eller BOB-typen skulle det finnas avstötningar mellan deras poler eftersom de har lika laddningar:

S + -regionerna i två BOB-molekyler tillåter inte effektiv dipol-dipolinteraktion; samma sak händer för 5-regionerna för de två AOA-molekylerna. På samma sätt har båda paren molekyler µ = 0. Polaritetsgradienten OA avbryts vektoriellt med bindningen AO.

Följaktligen kommer spridningskrafter också in i AOA- och BOB-paret på grund av frånvaron av effektiv orientering av dipolerna.

Asymmetri i icke-linjära molekyler

Det enklaste fallet är den hos CF ₄ -molekylen (eller CX ₄ typ ). Här har C en tetraedrisk molekylär geometri och elektronrika regioner hittas vid topparna, specifikt på de elektronegativa atomerna i F.

Polaritetsgradienten CF avbryter i någon av riktningarna för tetrahedronen, vilket gör att vektorsumman av alla dessa är lika med 0.

Även om mitten av tetrahedronen är mycket positiv (5 +) och dess toppar mycket negativa (5), kan denna molekyl inte bilda dipol-dipolinteraktioner med andra molekyler.

Orientering av dipolerna

När det gäller linjära AB-molekyler är de orienterade på ett sådant sätt att de bildar de mest effektiva dipol-dipolinteraktionerna (som visas på bilden ovan). Ovanstående är tillämpligt på samma sätt för andra molekylära geometrier; exempelvis vinkel de i fallet av NO ₂ -molekyler .

Således bestämmer dessa interaktioner huruvida förening AB är en gas, en vätska eller ett fast ämne vid rumstemperatur.

I fallet med föreningar A ₂ och B- ₂ (de av de lila ellipser), är det mycket sannolikt att de är gasformiga. Men om dess atomer är mycket skrymmande och lätt polariserbara (vilket ökar krafterna i London) kan båda föreningarna vara antingen fasta eller flytande.

Ju starkare dipol-dipolinteraktioner, desto större sammanhållning mellan molekylerna; likaså, desto högre är smält- och kokpunkten för föreningen. Detta beror på att högre temperaturer behövs för att "bryta" dessa interaktioner.

Å andra sidan, en ökning av temperaturen får molekylerna att vibrera, rotera och röra sig ofta. Denna "molekylära omrörning" försämrar orienteringen för dipolerna och därför försvagas föreningens intermolekylära krafter.

Vätebindningsinteraktioner

I den övre bilden visas fem vattenmolekyler som interagerar med vätebindningar. Detta är en speciell typ av dipol-dipol-interaktioner. Den elektronfattiga regionen är ockuperad av H; och den elektronrika regionen (5) upptas av de mycket elektronegativa atomerna N, O och F.

Det vill säga molekyler med N-, O- och F-atomer bundna till H kan bilda vätebindningar.

Således är vätebindningarna OHO, NHN och FHF, OHN, NHO, etc. Dessa molekyler har permanenta och mycket intensiva dipolmoment, som orienterar dem korrekt för att "dra fördel" av dessa broar.

De är energiskt svagare än någon kovalent eller jonisk bindning. Även om summan av alla vätebindningar i fasen av en förening (fast, flytande eller gasformig) gör att den uppvisar egenskaper som definierar den som unik.

Till exempel är detta fallet med vatten, vars vätebindningar är ansvariga för dess höga kokpunkt och för att de är mindre täta i istillståndet än flytande vatten; anledning till att isberg flyter i havet.

referenser

1. Dipole-Dipole styrkor. Hämtad den 30 maj 2018 från: chem.purdue.edu
2. Gränslöst lärande. Dipole-Dipole Force. Hämtad den 30 maj 2018 från: kurser.lumenlearning.com
3. Jennifer Roushar. (2016). Dipole-Dipole styrkor. Hämtad den 30 maj 2018 från: sophia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (3 maj 2018). Vad är exempel på vätebindning? Hämtad den 30 maj 2018 från: thoughtco.com
5. Mathews, CK, Van Holde, KE och Ahern, KG (2002) Biochemistry. Tredje upplagan. Addison Wesley Longman, Inc., P 33.
6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemi. (8: e upplagan). CENGAGE Learning, s 450-452.
7. Användar Qwerter. (16 april 2011). Vätebindningar i 3D-modell i toalett. . Hämtad den 30 maj 2018 från: commons.wikimedia.org