Пример 3. Сероводород при обычной температуре – газ, а вода – жидкость

Сероводород при обычной температуре – газ, а вода – жидкость. Чем можно объяснить это различие в свойствах?

Решение: Кислород более электроотрицательный элемент, чем сера. Поэтому между молекулами воды возникают более прочные водородные связи, чем между молекулами сероводорода, разрыв этих связей, необходимый для перехода воды в газообразное состояние, требует значительной затраты энергии, что и приводит к аномальному повышению температуры кипения воды.

Межмолекулярные взаимодействия существуют между молекулами в жидкостях, кристаллах, в реальных газах. Этот тип связи не сопровождается дополнительным обобществлением электронной плотности, а основан на взаимодействии диполей. Понятие о межмолекулярном взаимодействии впервые было введено голландским ученым Ван-дер-Ваальсом, поэтому силы этого взаимодействия называют ван-дер-ваальсовыми. Они обусловлены тремя типами слабого взаимодействия: ориентационным, индукционным, дисперсионным.

Ориентационное взаимодействие возникает при сближении двух полярных молекул, имеющих постоянный дипольный момент, например HCl (μ =1,05 D), SO₂ (μ =1,63 D) в жидком и твердом состоянии. Оно тем значительнее, чем больше дипольный момент молекул и меньше расстояние между ними.

Индукционное взаимодействие возникает между полярной и неполярной молекулами, при условии, что неполярная молекула способна поляризоваться под действием полярной молекулы, например, в растворе I₂ в спирте. Индукционный эффект возрастает с увеличением поляризуемости молекулы.

Дисперсионное взаимодействие возникает между неполярными молекулами. В неполярных молекулах распределение электронной плотности симметрично и дипольный момент отсутствует. Тем не менее, электронные облака постоянно колеблются относительно ядер, образуя временные или мгновенные диполи. Мгновенный диполь одной молекулы индуцирует мгновенный диполь в другой молекуле. Дипольные моменты обеих молекул направлены в одну сторону, что вызывает притяжение молекул. Дисперсионные взаимодействия присутствуют в молекулах неполярных и полярных веществ. Переход газов (O₂, H₂, N₂ и др.) в жидкое и твердое состояние обусловлен дисперсионным притяжением молекул.

Рис. 14. Типы межмолекулярных взаимодействий:

а – ориентационное, б – индукционное, в – дисперсионное

Силы межмолекулярного взаимодействия по сравнению с обычными валентными силами ненасыщаемы, имеют низкую энергию, действуют на небольших расстояниях. Например, энергия связи Cl-Cl составляет 245 кДж/моль, а энергия связи между молекулами Cl₂ в кристалле хлора на порядок ниже и составляет 25 кДж/моль. Сила межмолекулярного взаимодействия возрастает с увеличением размеров молекул.

Дата добавления: 2014-11-07