Các lực lượng Van der Waals là gì?

các Lực lượng Van der Waals chúng là các lực liên phân tử có bản chất điện có thể hấp dẫn hoặc phản cảm. Có sự tương tác giữa các bề mặt của các phân tử hoặc nguyên tử, về bản chất khác với các liên kết ion, cộng hóa trị và kim loại được hình thành bên trong các phân tử.

Mặc dù yếu, các lực này có thể thu hút các phân tử của khí; cũng như các chất khí hóa lỏng, hóa rắn và của tất cả các chất lỏng và chất rắn hữu cơ. Johannes Van der Waals (1873) là người đã phát triển một lý thuyết để giải thích hành vi của khí thực.

Trong cái gọi là phương trình Van der Waals cho các khí thực - (P +  mộtn²/ V²) (V - nb)) = nRT- hai hằng số được giới thiệu: hằng số b (nghĩa là thể tích chiếm bởi các phân tử khí) và "a", là hằng số thực nghiệm.

Hằng số "a" điều chỉnh độ lệch của hành vi dự kiến ​​của các khí lý tưởng ở nhiệt độ thấp, chính xác là nơi biểu thị lực hút giữa các phân tử của khí. Khả năng của một nguyên tử phân cực tăng lên trong bảng tuần hoàn của đỉnh của một nhóm đến đáy của nhóm này và từ phải sang trái trong một khoảng thời gian.

Bằng cách tăng số nguyên tử - và do đó, số lượng electron - những electron nằm ở các lớp bên ngoài sẽ dễ dàng di chuyển hơn để tạo thành các nguyên tố cực.

Chỉ số

• 1 tương tác điện liên phân tử
  • 1.1 Tương tác giữa các lưỡng cực vĩnh viễn
  • 1.2 Tương tác giữa một lưỡng cực vĩnh viễn và một lưỡng cực cảm ứng
• 2 lực lượng London hoặc phân tán
• Bộ đàm 3 Van der Waals
• 4 Lực và năng lượng của sự tương tác điện giữa các nguyên tử và giữa các phân tử
• 5 tài liệu tham khảo

Tương tác điện liên phân tử

Tương tác giữa các lưỡng cực vĩnh viễn

Có các phân tử trung tính điện, là lưỡng cực vĩnh viễn. Điều này là do sự xáo trộn trong phân phối điện tử tạo ra sự phân tách không gian của các điện tích dương và âm về phía cuối của phân tử, tạo thành một lưỡng cực (như thể nó là một nam châm).

Nước được tạo thành từ 2 nguyên tử hydro ở một đầu của phân tử và một nguyên tử oxy ở đầu kia. Oxy có ái lực với điện tử lớn hơn hydro và thu hút chúng.

Điều này tạo ra sự dịch chuyển của các electron về phía oxy, được tích điện âm và hydro mang điện tích dương.

Điện tích âm của phân tử nước có thể tương tác tĩnh điện với điện tích dương của phân tử nước khác gây ra lực hút điện. Do đó, loại tương tác tĩnh điện này được gọi là lực Keesom.

Tương tác giữa một lưỡng cực vĩnh viễn và một lưỡng cực cảm ứng

Lưỡng cực vĩnh viễn thể hiện cái được gọi là mômen lưỡng cực (μ). Độ lớn của mômen lưỡng cực được cho bởi biểu thức toán học:

μ = q.x

q = điện tích.

x = khoảng cách không gian giữa các cực.

Khoảnh khắc lưỡng cực là một vectơ, theo quy ước, được biểu diễn định hướng từ cực âm về phía cực dương. Độ lớn của μ đau biểu hiện trong debye (3,34 × 10^-30 C.m.

Lưỡng cực vĩnh viễn có thể tương tác với một phân tử trung tính gây ra sự thay đổi trong phân phối điện tử của nó, bắt nguồn từ phân tử này là một lưỡng cực cảm ứng.

Lưỡng cực vĩnh cửu và lưỡng cực cảm ứng có thể tương tác điện, tạo ra một lực điện. Loại tương tác này được gọi là cảm ứng và các lực tác động lên nó được gọi là lực Debye..

Lực lượng London hoặc phân tán

Bản chất của các lực hấp dẫn này được giải thích bằng cơ học lượng tử. Luân Đôn đã quy định rằng, ngay lập tức, trong các phân tử trung hòa về điện, trung tâm của các điện tích âm của các electron và trung tâm của các điện tích dương của hạt nhân có thể không trùng nhau.

Sau đó, sự dao động của mật độ điện tử cho phép các phân tử hoạt động giống như các lưỡng cực tạm thời.

Đây không phải là một lời giải thích cho các lực hấp dẫn, nhưng các lưỡng cực tạm thời có thể tạo ra sự phân cực được sắp xếp đúng cách của các phân tử liền kề, dẫn đến việc tạo ra một lực hấp dẫn. Các lực hấp dẫn được tạo ra bởi các dao động điện tử được gọi là các lực lượng London hoặc phân tán.

Các lực Van der Waals trình bày bất đẳng hướng, đó là lý do tại sao chúng bị ảnh hưởng bởi sự định hướng của các phân tử. Tuy nhiên, tương tác loại phân tán luôn hấp dẫn chủ yếu.

Lực lượng của London trở nên mạnh hơn khi kích thước của các phân tử hoặc nguyên tử tăng lên.

Trong các halogen, phân tử F₂ và Cl₂ số nguyên tử thấp là khí. Br₂ số nguyên tử lớn hơn là chất lỏng và I₂, halogen của số nguyên tử lớn hơn, là chất rắn ở nhiệt độ phòng.

Việc tăng số nguyên tử làm tăng số lượng electron có mặt, tạo điều kiện cho sự phân cực của các nguyên tử và do đó, sự tương tác giữa chúng. Điều này xác định trạng thái vật lý của các halogen.

Radio của Van der Waals

Sự tương tác giữa các phân tử và giữa các nguyên tử có thể hấp dẫn hoặc phản cảm, tùy thuộc vào khoảng cách tới hạn giữa tâm của chúng, được gọi là r_v.

Ở khoảng cách giữa các phân tử hoặc nguyên tử lớn hơn r_v, lực hút giữa hạt nhân của một phân tử và điện tử của các phân tử khác chiếm ưu thế so với lực đẩy giữa hạt nhân và điện tử của hai phân tử.

Trong trường hợp được mô tả, sự tương tác là hấp dẫn, nhưng điều gì xảy ra nếu các phân tử tiếp cận khoảng cách giữa các trung tâm của chúng nhỏ hơn rv? Sau đó, lực đẩy lại chiếm ưu thế so với lực hấp dẫn, nó chống lại cách tiếp cận lớn hơn giữa các nguyên tử.

Giá trị của r_v được đưa ra bởi cái gọi là radio Van der Waals (R). Đối với các phân tử hình cầu và giống hệt nhau r_v bằng 2R. Cho hai phân tử bán kính R khác nhau₁ và R₂: r_v bằng R₁ +  R₂. Các giá trị của radio Van der Waals được đưa ra trong bảng 1.

Giá trị được cho trong Bảng 1 cho thấy bán kính Van der Waals là 0,12nm (10^-9 m) cho hydro. Sau đó, giá trị của r_v  đối với nguyên tử này là 0,24nm. Đối với giá trị của r_v nhỏ hơn 0,24nm sẽ tạo ra lực đẩy giữa các nguyên tử hydro.

Lực và năng lượng của sự tương tác điện giữa các nguyên tử và giữa các phân tử

Lực giữa một vài tội mà₁ và q₂, cách nhau trong chân không bởi khoảng cách r, được cho bởi định luật Coulomb.

F = k. q₁.q₂/ r²

Trong biểu thức này, k là hằng số có giá trị phụ thuộc vào các đơn vị được sử dụng. Nếu giá trị của lực - được áp dụng bởi luật Coulomb - là âm, thì nó biểu thị một lực hấp dẫn. Ngược lại, nếu giá trị được đưa ra cho lực là dương, thì đó là dấu hiệu của lực đẩy.

Vì các phân tử thường ở trong môi trường nước che chắn các lực điện tác dụng, nên cần phải đưa ra thuật ngữ hằng số điện môi (). Do đó, hằng số này điều chỉnh giá trị được cung cấp cho các lực điện bằng cách áp dụng định luật Coulomb.

F = k.q₁.q₂/ε.r²

Theo cách tương tự, năng lượng cho tương tác điện (U) được cho bởi biểu thức:

U = k. q₁.q₂/ε.r

Tài liệu tham khảo

1. Các biên tập viên của bách khoa toàn thư Britannica. (2018). Lực lượng Van der Waals. Truy cập ngày 27 tháng 5 năm 2018, từ: britannica.com
2. Wikipedia. (2017). Lực lượng Van der Waals. Truy cập ngày 27 tháng 5 năm 2018, từ: en.wikipedia.org
3. Kathryn Rashe, Lisa Peterson, Seila Buth, Irene Ly. Lực lượng Van der Waals. Truy cập ngày 27 tháng 5 năm 2018, từ: chem.libretexts.org
4. Morris, J. G. (1974) Một nhà hóa học vật lý. Phiên bản 2and. Edward Arnold (Nhà xuất bản) Limited.
5. Mathews, C.K., Van Holde, K.E. và Aéc, K.G. (2002) Hóa sinh. Ấn bản thứ ba. Addison Wesley Longman, Inc.