рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Межмолекулярное взаимодействие

Межмолекулярное взаимодействие - раздел Химия, Химия как наука и её значение в жизни человека План: 1. Водородная Связь, Её Свойства, Значение В ...

План:

1. Водородная связь, её свойства, значение в природе.

2. Силы Ван- дер- Вальса.- универсальное межмолекулярное взаимодействие (УММВ).

Все межмолекулярные взаимодействия (ММВ) можно разделить на две группы: специфические и универсальные, при этом возможны: донорно-акцепторный механизм образования и электростатическое взаимодействие.

К специфическим ММВ относится водородная связь. Химическая связь, образованная положительно поляризованным водородом (Н) одной молекулы и электроотрицательным атомом (F, Cl, N, O, S) другой или той же молекулы называется водородной связью. Отсюда следует, что водородная вязь бывает межмолекулярной и внутримолекулярной (внутримолекулярной она бывает реже). Энергия водородной связи значительно меньше энергии обычной ковалентной связи: она равна примерно 8 – 40кДж (а ковалентная 120 – 1000 кДж/моль)

Возникновение водородной связи можно в первом приближении объяснить действием электростатических сил.

Напр.: возникновение водородных связей между молекулами во фтороводородной кислоте. Как известно, в молекуле HF связь ковалентная сильно полярная: на ионе водорода накапливается положительный заряд, а на ионе фтора – отрицательный. Поэтому между протоном атома водорода и отрицательно заряженным атомом фтора соседней молекулы HF возникает электростатическое притяжение и возникает водородная связь (обозначается тремя точками).

 

Водородная связь между молекулами воды образуется по донорно-акцепторному механизму. Водородная связь образуется между ионом водорода одной молекулы и ионом кислорода другой молекулы. У иона кислорода имеются две неподелённые электронные пары (донор), а ион водорода имеет свободную орбиталь (акцептор). Таким образом каждая молекула может максимально образовать по четыре водородные связи:

При этом длина водородной связи почти в 2 раза больше (0,180 нм) длины ковалентной связи О-Н (0,099 нм); и прочность водородной связи невелика20 кДж/моль.

Хотя энергия водородной связи невелика ее хватает, чтоб вызвать ассоциацию молекул, т.e. их объединение в димеры или полимеры, которые в ряде случаев существуют не только в жидком состоянии вещества, но и сохраняются при переходе его в пар. Например, в воде имеются агрегаты типа (НО).

Именно ассоциация молекул, затрудняющая отрыв их друг от друга, и служит причиной аномально высоких температур плавления и кипения таких веществ как HF, HO, NH. Так вода, в отсутствие водородных связей, должна была бы кипеть при температуре – 66°С, а кипит при темпера-туре +100°С. В максимальном количестве водородные связи возможны во льду; при температуре 20°С в жидкой воде сохраняется около половины водородных связей, в парообразном состоянии все водородные связи разрываются.

В ряду однотипных соединений VI подгруппы А температуры плавления и кипения с увеличением атомной массы элемента возрастают. Объясняется это усилением взаимного притяжения молекул с увеличением размеров атомов и с ростом дисперсионного взаимодействия между ними. Однако, HO, имеющая наименьшую молекулярную массу в ряду HO – HS – HSe – HTe, кипит при оптимально высокой температуре, что связано с ассоциацией молекул в агрегаты за счет водородных связей и затруднением отрыва их друг от друга.

Водородная связь играет большую роль в природе. Она проявляется не только в воде, но и в различных кристаллических веществах, полимерах, белках, нуклеиновых кислотах и др. Например, в белках и НК водородные связи участвую в спираллизации их молекул. И ещё пример, благодаря водородным связям лёд легче воды, так что лёд образуется на поверхности воды и предохраняет оставшуюся жидкую воду от потери тепла и замерзания.

Внутримолекулярная водородная связь может возникать между ионами водорода и отрицательными атомами полярных групп в одной и той же молекуле.

Например в о- нитрофеноле:

Универсальное межмолекулярное взаимодействие проявляется во всех молекулах без исключения и называется связью или силами Ван-дер-Ваальса. Хотя эти силы значительно слабее сил короткодействующей химической связи (энергия вандерваальсовых сил не превышает 8 кДж/моль), они являются причиной перехода большинства веществ из газообразного состояния в жидкое и твердое, а так же устойчивости молекулярных кристаллов, адсорбции газов поверхностями твердых тел и других явлений. Они не направленные и ненасыщенные. Эти силы действуют на расстоянии между молекулами в несколько нм (-м). Силы Ван-дер-Ваальса включают в себя три составляющие: ориентационное (диполь-дипольное), индукционное и дисперсионное взаимодействие.

1. Ориентационное (диполь-дипольное) взаимодействие связано с полярностью

молекул. При сближении двух полярных молекул они ориентируются согласно знаку заряда (1) и располагаются либо последовательно(1) или антипараллельно (2).

Полярные молекулы притягиваются за счет электростатических сил диполь-дипольного взаимодействия (например, в жидком сероводороде, хлороводороде и др.).

Такой реакции препятствует тепловое движение молекул, усиливающееся с повышением температуры. Поэтому ориентационное взаимодействие тем больше, чем больше дипольные моменты, меньше расстояния между молекулами и ниже температура. Ориентационное взаимодействие существенно сказывается на свойствах вещества. Например, вещество кипит тогда, когда энергия ММВ преодолевается энергией кинетического движения молекул. Поэтому, чем больше энергия ММВ, тем до более высокой температуры следует нагревать вещество, чтобы оно закипело. Так tжидкого Nравна - 196C, а t СО (II), молекулы которого, в отличие от молекул Nполярны, больше и tкип =- 191,5С.

2. Индукционное взаимодействие возникает при взаимодействии полярных и неполярных молекул. Например, HCI и CI.При этом полярная молекула поляризует неполярную, в которой появляется (индуцируется) наведенный дипольный момент. В результате возникает притяжение молекул.

Энергия индукционного взаимодействия тем больше, чем больше дипольный момент полярной молекулы и чем больше поляризуемость неполярной ( поляризуемость молекул – это мера смещения зарядов в молекуле в электрическом поле заданной напряженности ). Поляризуемость резко увеличивается с увеличением размеров электронной оболочки. Энергия индукционного взаимодействия в 10-20 раз слабее ориентационного взаимодействия.

3. Дисперсионное взаимодействие универсальное и присутствует всегда. Оно проявляется при взаимодействии неполярных молекул и при взаимодействии атомов благородных газов. Напр.: переход благородных газов при низких tв жидкое состояние. Суть возникновения дисперсионных сил заключается в следующем. При движении электронов в молекуле мгновенно возникает ассиметрия распределения положительных и отрицательных зарядов. В результате такого движения электронов каждую молекулу можно рассматривать, как место возникновения мгновенно существующих диполей (мгновенно существующий диполь может существовать около 10с), которые в свою очередь индуцируют мгновенные микродиполи у соседних молекул. Движение мгновенных микродиполей становится согласованным, их появление и распад происходит синхронно.

 

В результате взаимодействия мгновенных диполей энергия системы понижается. Для неполярных молекул, при взаимодействии друг с другом, дисперсионное взаимодействие является единственной составляющей вандерваальсовых сил. Силы дисперсионного взаимодействия сравнимы по величине с силами полярных ММВ. Энергия дисперсионного взаимодействия возрастает с увеличением размеров атома (радиусов), так как при этом поляризуемость молекул увеличивается, но энергия уменьшается при увеличении расстояния между центрами частиц. Например, в ряду однотипных соединений F, CI, Br, Jповышается температура кипения и плавления, что связано с увеличением размеров радиусов этих атомов, а значит и поляризуемости. Вклад отдельных составляющих в энергию межмолекулярного взаимодействия отражены в таблице:

Вещество Электрический Момент диполя Поляризуемость Энергия взаимодействия кДж/моль Температура кипения К
Ориентационное Индукционное дисперсионное суммарное
HCI 1,03 2,64 3,3 1,0 16,8 21,1
HBr 0,78 3,62 1,1 0,7 28,5 30,3
HJ 0,38 5,42 0,6 0,3 60,6 61,5

 

Как видно из таблицы, в случае HCI на долю дисперсионных сил приходится 81% всего межмолекулярного взаимодействия, для HBr- 95%, для HJ- 99,5%

Для газов и жидкостей межмолекулярное взаимодействие так и называют силы Ван-дер-Ваальса, а в твёрдых телах ММВ заменяют понятием адгезии и когезии.

Адгезия – сцепление между молекулами различных веществ (между разнородными молекулами). Практически это проявляется в сцеплении между поверхностями разнородных по химической природе материалов (мел на доске, грязь на гусеницах трактора).

Когезия – сцепление между однородными молекулами данного вещества (в кристаллах сахара, соли, алмаза). Эти силы лежат в основе механической прочности материала.

Явлениями адгезии и когезии объясняется адсорбция, которая является в свою очередь частным случаем более общего явления – сорбции. Сорбция – всякое поглощение веществ из одной фазы другой.

Адсорбция – изменение концентрации вещества на границе раздела фаз. Чтобы уяснить сущность явления адсорбции рассмотрим состояние двух молекул одного вещества.

А - молекула расположена в толще тела;

В - молекула расположена в поверхностном слое

 

Силовое поле молекулы А полностью компенсировано (насыщено) в результате взаимодействия с другими молекулами, а молекуле В поле компенсировано лишь частью. Ненасыщенная часть поля поверхностных молекул создает особый вид потенциальной энергии, называемый поверхностной. Это вещество адсорбент, а вещество, которое скапливается на поверхности адсорбента – адсорбируемое вещество. При этом поверхностная энергия абсорбента понижается. Например: поглощение краски активированным углем. Явление адсорбции используется в хроматографическом методе, основанном М.В. Цветом (1903). Метод применяется для разделения сложных смесей: гормонов, витаминов, пигментов листьев растений, изотопов и д.р.

Ионообменная адсорбция применяется для опреснения воды.

 

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Химия как наука и её значение в жизни человека

План.. Понятие о материи и движении Химическая форма движения материи Химия и экология Весь окружающий нас многообразный мир вс существующее вокруг нас это материя которая проявляется в двух формах вещества и поля Вещество..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Межмолекулярное взаимодействие

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Состав атомных ядер
В 1911 г. Резерфорд открыл в ядре протоны (+11р). В 1932г. Д. Чедвик открыл в ядре нейтральную частицу – нейтрон (01n) при реакции:

P +ē → 10n 13156Ba (ē,-) 13155Cs 4823V (ē,-) 4822Ti
  Смещение дочернего элемента влево (на клетку левее), как и при β+ распаде. 5)Спонтанное деление – самопроизвольный распад ядер тяжелых элементов на два и бо

Периодическое изменение свойств химических элементов
  План: 1. Периодическое изменение физических свойств элементов 2. Периодическое изменение химических свойств элементов   В ряду атомов с посл

Химическая связь и строение молекул
  План: 1. Понятие о химической связи. Основные типы химической связи. 2. Количественная характеристика химической связи. 3. Квантово-механическое объяснени

Ионная связь
Ионная связь – вид химической связи, осуществляемый за счет электростатического взаимодействия противоположно заряженных ионов. Это связь между атомами с большой разницей ЭО, например, между

Металлическая связь
Для металлов характерно наличие на внешней электронной оболочке небольшого числа валентных электронов (1-3) и значительное число вакантных орбиталей. Поэтому энергетически более выгодно, чтобы элек

Химических процессов
  План: 1. Закон сохранения массы вещества и энергии, как две составные части закона сохранения материи. 2. Внутренняя энергия системы. Энтальпия. 3. Термох

Направленность химических реакций
  План: 1. Факторы, определяющие направление протекания химических процессов. Энтропия. 2. Энергия Гиббса и направленность химических реакций. Первое начало

Скорость химических реакций и химическое равновесие. Равновесие в гетерогенных системах
  План 1.Особенности химических реакций 2.Скорость химических реакций в гомогенных и гетерогенных системах. Факторы, влияющие на скорость реакций. 3.Химичес

От природы реагирующих веществ
Влияние природы реагирующих веществ определяется их атомным составом, пространственным строением и молекулярными свойствами. Скорость химической реакции определяется скоростью разрыва одних и образ

Тепловому эффекту реакции
В простейшем случае активированный комплекс представляет собой конфигурацию атомов, в которой ослаблены старые связи и образуются новые. При

Влияние концентрации
Чтобы произошла реакция, необходимо столкновение реагирующих частиц (атомов, молекул, ионов), т.е. частицы должны сблизиться друг с другом настолько, чтобы атомы одной из них испытывали бы действие

Влияние температуры на скорость реакции
Скорость химических реакций зависит от числа активных молекул. С ростом температуры число активных молекул увеличивается, а значит, увеличивается скорость химической реакции. В результате изучения

Влияние катализатора на скорость реакции
Вещества, не расходующиеся в результате прохождения химической реакции, но изменяющие ее скорость, называются катализаторами. Явление изменения скорости реакции под действием катал

Химическое равновесие, его признаки
Все химические реакции можно разделить на две группы: необратимые и обратимые реакции. Химические реакции, которые идут в одном направлении, называются необратимыми. При э

На смещение химического равновесия
Влияние изменения концентраций веществ рассмотрим на примере реакции: СН4(г) + 2Н2О(г) СО2(г) +

Влияние изменения давления на смещение химического равновесия
Давление газа есть результат удара его молекул о стенки сосуда, т. е. давление газа тем выше, чем больше молекул заключено в данном объеме газа. Поэтому реакция, протекающая с увеличением числа мол

Химического равновесия
Равновесие подавляющего большинства химических реакций сдвигается при изменении температуры. Фактором, который определяет направление смещения равновесия, является при этом знак теплового эффекта р

Условия химического равновесия в гетерогенных химических реакциях
Гетерогенными называются химические реакции, протекающие на границе раздела фаз. Когда скорости прямой и обратной гетерогенных реакций становятся равными, то насту

Электрохимические процессы
  План: 1. Принцип работы гальванического элемента (ХИТ). 2. Электродные потенциалы ,рад напряжений металлов. 3. Концентрационные цепи. Эле

Понятие об электродном потенциале
Рассмотрим процессы, протекающие при погружении металла в раствор собственных ионов. В узлах кристаллической решетки металла расположены ионы, находящиеся в равновесии со свободными электронами:

Топливные элементы
Если окислитель и восстановитель хранятся вне элемента и в процессе работы подаются к электродам, которые не расходуются, то элемент может работать длительное время. Такие элементы называют топливн

Аккумуляторы
Химические источники тока, предназначенные для многократного использования, называются аккумуляторами. Они способны превращать накопленную химическую энергию в электрическую (при разрядке), а элект

Физические свойства металлов
Из физических свойств металлов следует отметить: высокую электро- и теплопроводность, металлический блеск, твердость, непрозрачность, ковкость, способность к пластической деформации, термоэлектронн

Действие серной кислоты на металлы
Разбавленная серная кислота растворяет только активные металлы, т.е. реакции идут аналогично реакциям с хлороводородной кислотой. В результате реакции образуется соль металла (суль

Действие азотной кислоты на металлы
Азотная кислота, являясь сильным окислителем, действует почти на все металлы (кроме Au, Pt, Ru, Rh, Ir, Os, Ta), превращая их в нитраты, а некоторые – в оксиды (пассивирование металлов). О

Действие щелочей на металлы
Щелочи действуют только на металлы, образующие амфотерные оксиды и гидроксиды. При этом выделяется водород и образуется соль очень слабой кислоты данного металла. Следует отметить, что образование

Fe2O3 + 2Al → Al2O + 2Fe + Q
В техники смесь порошков Fe2O3 и Al называют термитной. Реакция идет с выделением тепла (экзотермичная), значит, может проходить сам

Зонная теория кристаллов
Эта теория объясняет электропроводимость на основе квантовой теории строения кристаллических тел. Химическая связь в металле описывается с позиции ММО. В процессе образования кристалла происходит п

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги