Vad är Van der Waals-krafterna?



den Van der Waals styrkor de är intermolekylära krafter av elektrisk natur som kan vara attraktiva eller repulsiva. Det finns en växelverkan mellan molekylernas eller atomernas ytor, olika i huvudsak från de joniska, kovalenta och metalliska bindningarna som bildas inuti molekylerna.

Trots att de är svaga kan dessa krafter locka till sig gasernas molekyler. även för flytande, stelnade gaser och för alla vätskor och organiska 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-ekvationen för verkliga gaser - (P +  tilln2/ V2) (V - nb)) = nRT-två konstanter införs: den konstanta b (det vill säga volymen upptagen av gasmolekylerna) och "a", som är en empirisk konstant.

Den konstanta "a" korrigerar avvikelsen av de ideala gasernas förväntade beteende vid låga temperaturer, exakt där dragkraften mellan gasernas molekyler uttrycks. En atoms förmåga att polarisera ökar i det periodiska tabellen överst i en grupp till botten av detta och från höger till vänster under en period.

Genom att öka atomtalet - och därmed antalet elektroner - de som ligger i de yttre skikten är lättare att röra för att bilda polära element.

index

  • 1 Intermolekylära elektriska interaktioner
    • 1.1 Interaktion mellan permanenta dipoler
    • 1.2 Interaktion mellan en permanent dipol och en inducerad dipol
  • 2 London krafter eller dispersion
  • 3 Van der Waals radio
  • 4 Krafter och energi i den elektriska växelverkan mellan atomer och mellan molekyler
  • 5 referenser

Intermolekylära elektriska interaktioner

Samverkan mellan permanenta dipoler

Det finns elektriskt neutrala molekyler, som är permanenta dipoler. Detta beror på en störning i elektronisk distribution som producerar en rumslig separation av positiva och negativa mot ändarna av molekylen laster, utgörande en dipol (som en magnet).

Vatten består av 2 väteatomer i ena änden av molekylen och en syreatom i den andra änden. Syre har större affinitet för elektroner än väte och lockar dem.

Detta ger en förskjutning av elektronerna mot syret, då detta negativt laddas och väte med positiv laddning.

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.

Samverkan mellan en permanent dipol och en inducerad dipol

Den permanenta dipolen presenterar det som kallas ett dipolmoment (μ). Dipolmomentets magnitud ges av det matematiska uttrycket:

μ = q.x

q = elektrisk laddning.

x = rumsligt avstånd mellan polerna.

Dipolmomentet är en vektor som enligt konventionen representeras orienterad från den negativa polen mot den positiva polen. Storheten av μ gör ont uttryckligt i avvik (3,34 × 10-30 C. M.

Den permanenta dipolen kan interagera med en neutral molekyl som orsakar en förändring i sin elektroniska fördelning, som härrör från denna molekyl en inducerad dipol.

Den permanenta dipolen och den inducerade dipolen kan interagera elektriskt och åstadkomma en elektrisk kraft. Denna typ av interaktion är känd som induktion och krafterna som verkar på det kallas Debye-krafter..

London krafter eller dispersion

Naturen hos dessa attraktiva krafter förklaras av kvantmekanik. London postulerade att, på ett ögonblick, kan elektriskt neutrala molekyler i centrum av de negativa laddningarna hos elektronerna och centrum av de positiva laddningarna hos de kärnor inte matchar.

Därefter tillåter fluktuationen av elektronisk densitet att molekyler uppför sig som temporära dipoler.

Detta är inte i sig en förklaring till de attraktiva krafterna, men de temporära dipolerna kan inducera polarisationen ordentligt inriktad på intilliggande molekyler, vilket resulterar i alstring av en attraktiv kraft. De attraktiva krafter som genereras av elektroniska fluktuationer kallas London krafter eller dispersion.

Van der Waals styrkor presenterar anisotropi, varför de påverkas av molekylernas orientering. Spridningstypinteraktioner är emellertid alltid övervägande attraktiva.

Londons styrkor blir starkare eftersom molekylerna eller atomerna ökar.

I halogener, F-molekyler2 och Cl2 av låga atomtal är gaser. Br2 av större atomnummer är en vätska och I2, halogenet med större atomnummer, är ett fast ämne vid rumstemperatur.

Ökning av atomantalet ökar antalet närvarande elektroner, vilket underlättar polariseringen av atomer och därmed växelverkan mellan dem. Detta bestämmer halogenernas fysiska tillstånd.

Radios av Van der Waals

Samspelet mellan molekylerna och mellan atomerna kan vara attraktivt eller repulsivt, beroende på ett kritiskt avstånd mellan sina centra, som kallas rv.

Vid avstånd mellan molekyler eller atomer större än rv, attraktionen mellan kärnorna i en molekyl och den andra elektronens dominerar över repulsionerna mellan kärnorna och elektronerna hos de två molekylerna.

I det beskrivna fallet är interaktionen attraktiv, men vad händer om molekylerna närmar sig ett avstånd mellan sina centra mindre än rv? Sedan dominerar den repulsiva kraften över den attraktiva, som motsätter sig en större inställning mellan atomerna.

Värdet av rv ges av de så kallade Van der Waals (R) -radioerna. För sfäriska och identiska molekyler rv är lika med 2R. För två olika molekyler av radier R1 och R2: rv är lika med R1 +  R2. Värdena för Van der Waals-radioerna anges i tabell 1.

Värdet som anges i tabell 1 indikerar en Van der Waals-radie av 0,12 nm (10-9 m) för väte. Då är värdet av rv  för denna atom är den 0,24 nm. För ett värde av rv mindre än 0,24 nm kommer att producera en repulsion mellan väteatomerna.

Krafter och energi i den elektriska växelverkan mellan atomer och mellan molekyler

Kraften mellan ett par avgifter som1 och q2, separeras i vakuumet med avståndet r, ges enligt Coulombs lag.

F = k. q1.q2/ r2

I detta uttryck är k en konstant vars värde beror på de använda enheterna. Om värdet av kraften som gavs genom tillämpningen av Coulombs lag - är negativ, indikerar den en dragningskraft. Tvärtom, om värdet som ges för kraften är positivt, är det en indikation på en repulsiv kraft.

Eftersom molekylerna vanligen är i ett vattenhaltigt medium som skyddar de elektriska krafterna som utövas, är det nödvändigt att introducera termen dielektrisk konstant (e). Således korrigerar denna konstant det värde som ges för elektriska krafter genom tillämpning av Coulombs lag.

F = k.q1.q2/ε.r2

På samma sätt ges energin för den elektriska interaktionen (U) med uttrycket:

U = k. q1.q2/ε.r

referenser

  1. Editors of Encyclopaedia Britannica. (2018). Van der Waals styrkor. Hämtad den 27 maj 2018, från: britannica.com
  2. Wikipedia. (2017). Van der Waals styrkor. Hämtad den 27 maj 2018, från: en.wikipedia.org
  3. Kathryn Rashe, Lisa Peterson, Seila Buth, Irene Ly. Van der Waals Forces. Hämtad den 27 maj 2018, från: chem.libretexts.org
  4. Morris, J. G. (1974) En biologs fysikalisk kemi. 2and utgåva. Edward Arnold (Publishers) Limited.
  5. Mathews, C.K., Van Holde, K.E. och Ahern, K.G. (2002) Biochemistry. Tredje upplagan. Addison Wesley Longman, Inc.