Межмолекулярное взаимодействие

При сближении молекул появляется притяжение между ними, что

обусловливает возникновение конденсированного состояния (переход

из газообразного в жидкое и твердое состояния). К основным видам взаимодействия молекул относятся: ван-дер-ваальсовы силы, водородные связи и донорно-акцепторное взаимодействие.

Ван-дер-ваальсовы силы. Как и химическая связь, имеют электрическую природу, но в отличие от последних, очень слабые, проявляются на значительно больших расстояниях и не имеют насыщаемости. Они включают в себя три составляющие: диполь-дипольное, индукционное и дисперсионное взаимодействия.

Диполь-дипольное (ориентационное) взаимодействие.Осуществляется

в результате взаимной ориентации соответствующих (противоположных) полюсов полярных молекул при их сближении. Энергия ориентационного взаимодействия определяется дипольным моментом молекул (т.е. их полярностью): чем больше m_р, чем меньше расстояние между молекулами, тем больше энергия такого взаимодействия.

Индукционное взаимодействие - это взаимодействие полярной и неполярной молекулы. В неполярной молекуле под действием поля полярной молекулы возникает наведенный (или индуцированный) диполь, который притягивается к постоянному диполю полярной молекулы. Такое взаимное влияние может иметь место и для полярных частиц, в результате чего усиливается диполь-дипольное взаимодействие. Энергия индукционного взаимодействия определяется электрическим моментом диполя полярной молекулы и поляризуемостью неполярной молекулы.

Дисперсионное притяжение. Возникает в результате взаимного притяжения так называемых мгновенных диполей. Диполи такого типа возникают в неполярных молекулах в любой момент времени вследствие несовпадения электрических центров тяжести электронного облака и ядер, вызванного их независимыми колебаниями. Движение мгновенных диполей у соседних молекул становится согласованным, их появление и распад происходят синхронно. В результате взаимодействия мгновенных диполей энергия системы понижается.Для неполярных молекул дисперсионное взаимодействие - единственная составляющая ван-дер-ваальсовых сил. Дисперсионное взаимодействие - наиболее универсальное и проявляется между

любыми молекулами. Благодаря ему возможен перевод в жидкое и твердое состояние веществ, состоящих из неполярных молекул, таких как водород, азот, кислород, инертные газы. Энергия этого взаимодействия определяется поляризуемостью молекул. Относительная величина вклада отдельных составляющих в общую энергию межмолекулярного взаимодействия зависит в основном от полярности и поляризуемости молекул, которые, в свою очередь, определяются размерами и структурой молекул.

Водородная связь. Химическая связь, образованная положительно поляризованным атомом водорода молекулы Х-Н (или полярной группы -Х-Н) и электроотрицательным атомом Х другой или той же молекулы, называется водородной связью. Может быть как межмолекулярной, так и внутримолекулярной. Х - атом одного из наиболее электроотрицательных элементов - F, O, N, реже Cl или S (обозначается...):

^q-Х¾ ^q+Н ¼ ^q-Х¾

Возникновение водородной связи обусловлено тем, что в полярных молекулах ХН или группах -Х-Н поляризованный атом водорода обладает уникальными свойствами: отсутствием внутренних электронных оболочек, значительным сдвигом общей электронной пары к атому Х (с высокой Э.О.), а следовательно возникновением высокого положительного эффективного заряда и очень малым размером. Поэтому атом Н способен глубоко внедряться в электронную оболочку соседнего электроотрицательного атома. Межмолекулярная Н-связь может возникать как между одинаковыми молекулами:

F^d-¾ H^d+ + F^d-¾ H^d+ ® F¾ H... F¾ H,

так и между разными, например, при взаимодействии Н₂О и НF:

Н Н

F¾ H + О ® F¾ H... О

Н Н

В отличие от обычного диполь-дипольного взаимодействия механизм возникновения Н-связи в значительной степени обусловлен донорно-акцепторным взаимодействием, где донором является электроотрицательный элемент одной молекулы,, а акцептором - атом водорода другой. Поэтому Н-связь обладает свойствами

направленности и насыщаемости. Она во многом определяет структуру

вещества в конденсированном состоянии, например, например, кристаллическую структуру льда. Энергия водородной связи примерно на порядок ниже энергии химической связи, но в несколько раз выше энергии межмолекулярного взаимодействия.

Наличие водородной связи существенно влияет на физические и химические свойства веществ. В частности, аномально высокие температуры плавления и кипения Н₂О, HF, NH₃ объясняются образованием ассоциатов за счет водородной связи.

Большое значение имеют Н-связи в химии органических соединений, полимерах, белках. Особая роль воды в живой природе, протекание многих биохимических процессов также во многом объясняются существованием водородных связей.

Кроме межмолекулярной возможно образование и внутримолекулярной водородной связи, как например в молекуле салицилового альдегида:

Дата добавления: 2014-01-05