Межмолекулярные взаимодействия

В ролике про электроотрицательность я показал как определить наличие либо отсутствие полярности ковалентной связи. В этом ролике вы узнаете о полярности молекул и о том, как полярность влияет на межмолекулярные взаимодействия, то есть на силы, действующие между молекулами. Не внутри самих молекул, как например, ковалентные связи, а снаружи, между молекулами. Итак, запомним. Межмолекулярные силы действуют между молекулами. И начнём мы с рассмотрения диполь-дипольного взаимодействия. Откуда такое название? Посмотрите на эти молекулы ацетона. Углерод связан с кислородом двойной связью. Кислород электроотрицательнее углерода. Двойная связь между атомами образована 4 электронами. Я выделю их цветом. Из-за большей электроотрицательности кислород оттягивает электроны на себя, получая частичный отрицательный заряд. Смещение электронов приводит к перераспределению электронной плотности. Углерод получает частичный положительный заряд. Поэтому в молекуле происходит разделение положительного и отрицательного зарядов. Двойная связь поляризуется, и в молекуле образуются отрицательный и положительный полюса. Молекула ацетона полярная. Со 2-ой молекулой то же самое. Частичный отрицательный и частичный положительный заряды, вот так. У молекулы 2 полюса. Это диполь. Каждая молекула получается дипольной, потому что отрицательный и положительный заряды разделены. Мы знаем, что разноимённые заряды притягиваются, и отрицательно заряженный кислород притягивается к положительно заряженному углероду. Это электростатическое притяжение между молекулами удерживает их вместе. Для их рассоединения нужна энергия, и точка кипения ацетона составляет почти 56 градусов Цельсия, При комнатной температуре точка кипения ацетона не достигается. Поэтому при комнатной температуре и давлении ацетон жидкий. Это из-за того, что его молекулы удерживаются вместе межмолекулярными силами, причина которых — электроотрицательность. Ещё один тип межмолекулярных сил называется водородной связью. Возьмём 2 молекулы воды. Нас вновь интересует поведение электронов. Кислород электроотрицательнее водорода. Кислород оттягивает электроны от водорода, приобретая частичный отрицательный заряд. Водород, в свою очередь, приобретает частичный положительный заряд. Во 2-ой молекуле то же самое. Те же частичные заряды. Как и в последнем примере, здесь очевидно электростатическое притяжение между разноимёнными частичными зарядами атомов кислорода и водорода. Молекулы полярные. Конечно же, молекулы воды полярные. Полярные молекулы воды могут служить примером диполь-дипольного взаимодействия, но между ними есть более сильное взаимодействие. Водородные связи, обусловленные оброзованием особых связей атомами водорода. Из-за этого их так и называют, в общем. Это не внутримолекулярные силы, но сильнейшие из межмолекулярных сил. Для доказательства существования у воды водородных связей, а не только диполь-дипольного взаимодействия, обратите внимание на разницу электроотрицательностей в связи кислорода и водорода. Из-за неё водород может взаимодействовать с другим электроотрицательным атомом со следующим распределением зарядов. Так и возникает водородная связь. Водород участвует в межмолекулярной связи. Не забудьте, что атом водорода может связаться с другим электроотрицательным атомом, при достаточной разности электроотрицательностей для создания притяжения. Таких элементов, способных вступать в водородные связи, 3. Это фтор, кислород и азот. Для простоты запоминания воспользуйтесь мнемограммой — буквенными обозначениями этих элементов. FON. Межмолекулярные силы поднимают точку кипения воды до 100 градусов Цельсия. Сравните с точкой кипения ацетона. Это доказывает, что водородные связи сильнее диполь-дипольного взаимодействия. На разъединение молекул воды нужно больше энергии. Жидкая при комнатной температуре вода при этом превращается в газ. Есть ещё один тип межмолекулярных сил, называемый лондоновскими дисперсионными силами. Это слабейшие межмолекулярные силы, связанные с движением электронов по орбиталям. Обратите внимание на молекулу метана. Атом углерода окружён 4 атомами водорода. Их строение трудно описать словами, но в предыдущих роликах вы видели, что в 3 измерениях от атома углерода отходят во всех направлениях орбитали. Разность электроотрицательностей у углерода и водорода небольшая. Из-за этого вся молекула метана оказывается неполярной. По этой причине не будет ни диполь-дипольного взаимодействия, ни водородных связей. Молекулы метана будут удерживаться вместе только лондоновскими дисперсионными силами. Вновь представьте себе электроны связей. Они движутся по орбиталям, и вот в молекуле слева может возникнуть ситуация, когда все электроны связей сместятся к этой стороне молекулы, создав небольшой совокупный отрицательный заряд, а в молекуле справа смещение электронов может создать частичный положительный заряд, создав слабое притяжение между 2 молекулами метана. Лондоновские дисперсионные силы — слабейшие из межмолекулярных, но между молекулами метана просто нет других сил. И по причине их слабости точка кипения метана очень низкая. Она лежит в области отрицательных температур. -164 градуса Цельсия. Комнатная температура составляет 20—25 градусов. Это выше точки кипения, поэтому метан газообразен при комнатной температуре и давлении. При увеличении числа атомов углерода увеличивается возможная сила притяжения. При этом точка кипения углеводородов значительно возрастает. И хотя лондоновские дисперсионные силы слабы, в больших молекулах они суммируются и становятся значимыми величинами. Теперь вы знаете о существовании межмолекулярных сил и о том, насколько важна может быть электроотрицательность.