MITKÄ OVAT DIPOLIDIPOLIVOIMAT? - KEMIA - 2025

Dipoli dipoli voimat tai Keesom voimat ovat ne, välisten vuorovaikutusten esittää molekyylejä, joilla on pysyvä dipoli hetkiä. Se on yksi Van der Waals -voimista ja vaikka se ei ole kaikkein vahvin, se on avaintekijä, joka selittää monien yhdisteiden fysikaaliset ominaisuudet.

Termi "dipoli" viittaa nimenomaisesti kahteen napaan: yksi negatiivinen ja toinen positiivinen. Siksi puhumme dipolimolekyyleistä, kun niillä on määritelty korkean ja pienen elektronitiheyden alueet, mikä on mahdollista vain, jos elektronit "siirtyvät" ensisijaisesti tiettyjä atomeja kohti: kaikkein elektronegatiivisimmat.

Yläkuva kuvaa dipoli-dipoli-vuorovaikutuksia kahden AB-molekyylin välillä pysyvien dipolimomenttien kanssa. Samoin voidaan havaita, kuinka molekyylit ovat suuntautuneet siten, että vuorovaikutukset ovat tehokkaita. Siten positiivinen alue δ + houkuttelee negatiivista aluetta δ-.

Edellä esitetyn mukaan voidaan määritellä, että tämäntyyppinen vuorovaikutus on suunnattua (toisin kuin ioniset varaus- ja vuorovaikutukset). Ympäristössään olevat molekyylit orientoivat napojaan siten, että vaikka ne ovatkin heikkoja, kaikkien näiden vuorovaikutusten summa antaa yhdisteelle suuren molekyylien välisen stabiilisuuden.

Tämä johtaa siihen, että yhdisteillä (orgaanisilla tai epäorgaanisilla), jotka kykenevät muodostamaan dipoli-dipoli-vuorovaikutuksia, on korkea kiehumis- tai sulamispiste.

Dipolihetki

Molekyylin dipolimomentti µ on vektorimäärä. Toisin sanoen: se riippuu suunnista, joissa on polaarisuusgradientti. Kuinka ja miksi tämä kaltevuus alkaa? Vastaus löytyy sidoksista ja elementtien atomien luontaisesta luonteesta.

Esimerkiksi yläkuvassa A on enemmän elektronegatiivista kuin B, joten AB-sidoksessa suurin elektronitiheys sijaitsee A: n ympäristössä.

Toisaalta, B "luopuu" elektronipilvestään ja siksi sitä ympäröi elektroniton huono alue. Tämä ero elektronegatiivisuuksissa A: n ja B: n välillä luo polaarisuusgradientin.

Koska yksi alue on rikas elektroneilla (δ-), kun taas toisella on huono elektronit (δ +), esiintyvät kaksi napaa, jotka niiden välisistä etäisyyksistä riippuen johtavat erilaisiin µ-suuruisiin, jotka määritetään jokaiselle yhdisteelle.

Symmetria

Jos tietyn yhdisteen molekyylillä on µ = 0, niin sen sanotaan olevan apolaarinen molekyyli (vaikka siinä olisi polaarisuusgradienteja).

Ymmärtääksesi kuinka symmetrialla - ja siten molekyylin geometrialla - on tärkeä rooli tässä parametrissa, on tarpeen harkita uudelleen AB-sidosta.

Koska niiden elektronegatiivisuudet eroavat toisistaan, on määritelty alueita, joissa on rikkaita ja köyhiä elektroneja.

Entä jos linkit olivat AA tai BB? Näissä molekyyleissä ei olisi dipolimomenttia, koska molemmat atomit vetoavat niitä kohti samalla tavalla sidoksen elektronit (sataprosenttisesti kovalenttinen sidos).

Kuten kuvasta voidaan nähdä, ei AA: ssa eikä BB-molekyylissä ole nyt alueita, joissa on rikas tai huono elektroneja (punainen ja sininen). Tässä toinen tyyppi voimien vastaa tilalla ₂ ja B- _{2 yhdessä}: indusoitu dipoli-dipoli-vuorovaikutusten, joka tunnetaan myös nimellä Lontoo voimia tai dispersio voimia.

Päinvastoin, jos molekyylit olisivat AOA- tai BOB-tyyppiä, niiden napojen välillä olisi repulsioita, koska niillä on yhtä suuret varaukset:

Kahden BOB-molekyylin δ + -alueet eivät salli tehokasta dipoli-dipoli-vuorovaikutusta; sama tapahtuu kahden AOA-molekyylin δ-alueille. Samoin molemmilla molekyylipareilla on µ = 0. Napaisuusgradientti OA peruutetaan vektorisesti sidoksen AO kanssa.

Tämän seurauksena dispersiovoimat tulevat myös peliin AOA- ja BOB-parissa dipolien tehokkaan orientoinnin puuttuessa.

Epäsymmetria epälineaarisissa molekyyleissä

Yksinkertaisimmassa tapauksessa on, että CF ₄ -molekyylin (tai CX ₄ tyyppi). Tässä C: llä on tetraedrinen molekyylin geometria ja elektronirikkaita alueita löytyy kärkipisteistä, erityisesti F: n elektronegatiivisista atomeista.

Napaisuusgradientti CF peruuttaa mihin tahansa tetraedron suuntaan aiheuttaen kaikkien näiden vektorisumman 0.

Siksi, vaikka tetraedronin keskipiste on erittäin positiivinen (δ +) ja sen huiput erittäin negatiiviset (δ-), tämä molekyyli ei voi muodostaa dipoli-dipoli-vuorovaikutuksia muiden molekyylien kanssa.

Dipolien suuntaukset

Lineaaristen AB-molekyylien tapauksessa ne ovat suunnattu siten, että ne muodostavat tehokkaimmat dipoli-dipoli-vuorovaikutukset (kuten yllä olevassa kuvassa). Edellä olevaa voidaan soveltaa samalla tavalla muihin molekyylin geometrioihin; Esimerkiksi kulma olevista tapauksessa NO ₂ molekyylejä.

Siksi nämä vuorovaikutukset määrittävät onko yhdiste AB kaasu, neste vai kiinteä aine huoneenlämpötilassa.

Tapauksessa yhdisteillä A ₂ ja B- ₂ (ne, joilla on violetti ellipsejä), on hyvin todennäköistä, että ne ovat kaasumaisia. Kuitenkin, jos sen atomit ovat erittäin tilaa vieviä ja helposti polarisoituvia (mikä lisää Lontoon voimia), niin molemmat yhdisteet voivat olla joko kiinteitä tai nestemäisiä.

Mitä vahvempi dipoli-dipoli-vuorovaikutus, sitä suurempi koheesio molekyylien välillä on; samoin, mitä korkeampi yhdisteen sulamis- ja kiehumispiste on. Tämä johtuu siitä, että näiden vuorovaikutusten "katkaisemiseksi" tarvitaan korkeampia lämpötiloja.

Toisaalta lämpötilan nousu saa molekyylejä värisemään, pyörimään ja liikkumaan useammin. Tämä "molekyylin sekoitus" heikentää dipolien orientaatiota ja siksi yhdisteen molekyylien väliset voimat heikentyvät.

Vety sidos vuorovaikutukset

Yläkuvassa viiden vesimolekyylin on esitetty vuorovaikutuksessa vety sidosten avulla. Tämä on erityinen dipoli-dipoli-vuorovaikutus. Elektronien huono alue on miehitetty H; ja elektronirikkaan alueen (δ-) miehittävät voimakkaasti elektronegatiiviset atomit N, O ja F.

Toisin sanoen molekyylit, joissa N: n, O: n ja F: n atomia on sitoutuneet H: hon, voivat muodostaa vety sidoksia.

Siksi vety sidokset ovat OHO, NHN ja FHF, OHN, NHO jne. Näillä molekyyleillä on pysyviä ja erittäin voimakkaita dipolimomentoja, jotka suuntaavat ne oikein "hyödyntämään" näitä siltoja.

Ne ovat energisesti heikompia kuin mikään kovalenttinen tai ioninen sidos. Vaikka kaikkien yhdisteen (kiinteiden, nestemäisten tai kaasumaisten) vaiheessa olevien vety- sidosten summa tekee yhdisteestä ominaisuuksia, jotka määrittelevät sen ainutlaatuiseksi.

Esimerkiksi tällainen on tapaus vedestä, jonka vety sidokset ovat vastuussa sen korkeasta kiehumispisteestä ja siitä, että jäätila on vähemmän tiheä kuin nestemäinen vesi; syy, miksi jäävuoret kelluvat merillä.

Viitteet

1. Dipoli-dipoli-voimat. Haettu 30. toukokuuta 2018, osoitteesta: chem.purdue.edu
2. Rajaton oppiminen. Dipoli-Dipoli-voima. Haettu 30. toukokuuta 2018, osoitteesta: kurssit.lumenlearning.com
3. Jennifer Roushar. (2016). Dipoli-dipoli-voimat. Haettu 30. toukokuuta 2018, osoitteesta: sophia.org
4. Helmenstine, tohtori Anne Marie (3. toukokuuta 2018). Mitä ovat esimerkkejä vedyn sitoutumisesta? Haettu 30. toukokuuta 2018, osoitteesta: thinkco.com
5. Mathews, CK, Van Holde, KE ja Ahern, KG (2002), biokemia. Kolmas painos. Addison Wesley Longman, Inc., P 33.
6. Whitten, Davis, Peck ja Stanley. Kemia. (8. painos). CENGAGE Learning, s. 450-452.
7. Käyttäjä Qwerter. (16. huhtikuuta 2011). 3D-mallin vety sidokset wc: ssä.. Haettu 30. toukokuuta 2018, osoitteesta: commons.wikimedia.org