Dipole forțele dipol



dipol forțele dipolsau forțele Keesom sunt acele interacțiuni intermoleculare prezente în molecule cu momente dipol permanente. Este una dintre forțele Van der Waals și, deși este departe de a fi cea mai puternică, este un factor cheie care explică proprietățile fizice ale multor compuși.

Termenul "dipol" se referă în mod explicit la doi poli: unul negativ și unul pozitiv. Astfel, vorbim de molecule dipolar atunci când au definit regiuni de densități electronice înalte și joase, ceea ce este posibil numai dacă electronii "migrează" preferențial către anumiți atomi: cel mai electronegativ.

Imaginea superioară ilustrează interacțiunile dipol-dipol dintre două molecule A-B cu momente dipol permanente. De asemenea, se poate observa modul în care moleculele sunt orientate astfel încât interacțiunile să fie eficiente. În acest fel, regiunea pozitivă δ + atrage regiunea negativă δ-.

Conform celor de mai sus, se poate specifica faptul că acest tip de interacțiuni sunt direcționale (spre deosebire de interacțiunile ionice de încărcare-încărcare). Moleculele din mediul lor își orientează polii în așa fel încât, deși sunt slabi, suma tuturor acestor interacțiuni dă stabilitate intermoleculară mare compusului.

Aceasta are ca rezultat compuși (organici sau anorganici) capabili să formeze interacțiuni dipol-dipol care prezintă puncte de fierbere ridicate sau de topire.

index

  • 1 moment dipolar
    • 1.1 Simetria
    • 1.2 Asimetria în moleculele neliniare
  • 2 Orientări ale dipolilor
  • 3 Interacțiuni prin punți de hidrogen
  • 4 Referințe

Momentul Dipolar

Momentul dipol al unei molecule este o magnitudine vectorială. Cu alte cuvinte: depinde de direcțiile în care există un gradient de polaritate. Cum și de ce are acest gradient originea? Răspunsul constă în legături și în natura intrinsecă a atomilor elementelor.

De exemplu, în imaginea superioară A este mai electronegativă decât B, astfel încât în ​​legătura A-B cea mai mare densitate electronică este localizată în jurul valorii de A.

Pe de altă parte, B "renunță" la norul său electronic și, prin urmare, este înconjurat de o regiune săracă de electroni. Această diferență în electronegativitățile dintre A și B creează gradientul de polaritate.

Deoarece o regiune este bogată în electroni (δ-), în timp ce cealaltă este săracă cu electroni (δ +), apar doi poli care, în funcție de distanțele dintre ei, produc magnitudine diferite de μ, care este determinat pentru fiecare compus .

simetrie

Dacă o moleculă dintr-un compus dat are un μ = 0, atunci se spune că este o moleculă apolară (chiar dacă are gradienți de polaritate).

Pentru a înțelege modul în care simetria - și, prin urmare, geometria moleculară - joacă un rol important în acest parametru, este necesar să se ia în considerare din nou legătura A-B.

Datorită diferenței dintre electronegativitățile lor, există regiuni definite bogate și sărace în electroni.

Ce se întâmplă dacă legăturile au fost A-A sau B-B? În aceste molecule nu ar exista nici un moment dipol, deoarece ambii atomi atrag spre ele în același mod și electronii legăturii (o legătură covalentă de o sută la sută).

După cum se poate observa în imagine, nici în molecula A-A, nici în molecula B-B nu s-au observat acum regiuni bogate sau sărace în electroni (roșu și albastru). Aici un alt tip de forțe este responsabil pentru reținerea împreună2 și B2: interacțiuni dipol-dipol induse, cunoscute și ca forțe londoneze sau forțe de dispersie.

Dimpotrivă, dacă moleculele erau de tip AOA sau BOB, ar exista repulsii între poli, deoarece au aceleași încărcări:

Regiunile δ + ale două molecule BOB nu permit interacțiunea dipol-dipol eficientă; același lucru se întâmplă și pentru regiunile δ ale celor două molecule AOA. De asemenea, ambele perechi de molecule au un μ = 0. Gradientul de polaritate O-A este anulat vectorial cu cel al legăturii A-O.

În consecință, în perechea AOA și BOB, forțele de dispersie intră în joc, datorită absenței unei orientări eficiente a dipolilor.

Asimetrie în molecule neliniare

Cel mai simplu caz este acela al moleculei CF4 (sau tip CX4). Aici, C are o geometrie moleculară tetraedrică, iar regiunile bogate în electroni sunt la vârfuri, în special la atomii electronegativi ai F.

Gradientul de polaritate C-F este anulat în oricare din direcțiile tetraedrului, determinând suma vectorială a tuturor acestora să fie egală cu 0.

Astfel, deși centrul tetraedronului este foarte pozitiv (δ +) și vârfurile sale foarte negative (δ-), această moleculă nu poate forma interacțiuni dipol-dipol cu ​​alte molecule.

Orientări ale dipolilor

În cazul moleculelor liniare A-B, acestea sunt orientate astfel încât să formeze cele mai eficiente interacțiuni dipol-dipol (așa cum se vede în imaginea de mai sus). Cele de mai sus sunt aplicabile în același mod pentru alte geometrii moleculare; de exemplu, cele unghiulare în cazul moleculelor de NO2.

Astfel, aceste interacțiuni determină dacă compusul A-B este un gaz, un lichid sau un solid la temperatura camerei.

În cazul compușilor A2 și B2 (cele ale elipsei purpurii), este foarte probabil ca acestea să fie gazoase. Cu toate acestea, dacă atomii lor sunt foarte voluminoși și ușor polarizabili (care măresc forțele din Londra), ambii compuși pot fi solizi sau lichizi.

Cu cât interacțiunile dipol-dipol sunt mai puternice, cu atât coeziunea dintre molecule este mai mare; în mod similar, punctele de topire și fierbere ale compusului vor fi mai mari. Acest lucru se datorează faptului că sunt necesare temperaturi mai mari pentru a "rupe" aceste interacțiuni.

Pe de altă parte, o creștere a temperaturii determină ca moleculele să vibreze, să se rotească și să se miște mai frecvent. Această "agitare moleculară" afectează orientările dipolilor și, prin urmare, forțele intermoleculare ale compusului sunt slăbite.

Interacțiunile prin punți de hidrogen

În imaginea superioară, se arată că cinci molecule de apă interacționează cu legăturile de hidrogen. Acesta este un tip special de interacțiune dipol-dipol. Regiunea săracă de electroni este ocupată de H; și regiunea bogată în electroni (δ-) este ocupată de atomi cu înaltă electronegativă N, O și F.

Adică moleculele cu atomi de N, O și F legați la H pot forma legături de hidrogen.

Astfel, legăturile de hidrogen sunt O-H-O, N-H-N și F-H-F, O-H-N, N-H-O etc. Aceste molecule au momente dipol permanente și foarte intense, care le orientează corect pentru a "valorifica cât mai mult aceste poduri".

Ele sunt energetic mai slabe decât orice legătură covalentă sau ionică. Deși suma tuturor legăturilor de hidrogen din faza unui compus (solid, lichid sau gaz) îl determină să prezinte proprietăți care o definesc ca fiind unice.

De exemplu, acesta este cazul apei, ale cărei punți de hidrogen sunt responsabile pentru punctul său de fierbere ridicat și care în stare de gheață este mai puțin densă decât apa lichidă; motivul pentru care icebergs plutesc în mări.

referințe

  1. Dipole-Dipol Forces. Adus pe 30 mai 2018, de la: chem.purdue.edu
  2. Învățarea fără limite Dipol-Dipol Force. Adus pe 30 mai 2018, de la: courses.lumenlearning.com
  3. Jennifer Roushar (2016). Dipole-Dipol Forces. Descărcat pe 30 mai 2018, de la: sophia.org
  4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (3 mai 2018). Care sunt exemplele de lipire a hidrogenului? Adus pe 30 mai 2018, de la: thoughtco.com
  5. Mathews, C.K., Van Holde, K.E. și Ahern, K.G. (2002) Biochimie. A treia ediție. Addison Wesley Longman, Inc., P 33.
  6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chimie. (Ediția a 8-a). CENGAGE Learning, p 450-452.
  7. Utilizatorul Qwerter (16 aprilie 2011). Modelul de legături de hidrogen în modelul 3D. [Figura]. Descărcat la 30 mai 2018, de la: commons.wikimedia.org