Lực lưỡng cực là gì?



các lực lưỡng cực lưỡng cực hoặc lực Keesom là những tương tác liên phân tử có trong các phân tử có khoảnh khắc lưỡng cực vĩnh viễn. Nó là một trong những lực lượng Van der Waals và, mặc dù không phải là mạnh nhất, nó là một yếu tố quan trọng giải thích các tính chất vật lý của nhiều hợp chất.

Thuật ngữ "lưỡng cực" đề cập rõ ràng đến hai cực: một cực âm và một cực dương. Do đó, chúng ta nói về các phân tử lưỡng cực khi chúng xác định các vùng có mật độ điện tử cao và thấp, điều này chỉ có thể xảy ra nếu các electron "di chuyển" tốt hơn đối với các nguyên tử nhất định: có độ âm điện lớn nhất.

Hình trên minh họa các tương tác lưỡng cực - lưỡng cực giữa hai phân tử A - B với các khoảnh khắc lưỡng cực vĩnh viễn. Ngoài ra, nó có thể được quan sát cách các phân tử được định hướng để các tương tác có hiệu quả. Theo cách này, vùng dương + thu hút vùng âm-.

Theo như trên, có thể xác định rằng loại tương tác này là định hướng (không giống như tương tác điện tích ion-điện tích). Các phân tử trong môi trường của chúng định hướng các cực của chúng theo cách mà mặc dù chúng yếu, tổng của tất cả các tương tác này mang lại sự ổn định liên phân tử lớn cho hợp chất.

Điều này dẫn đến các hợp chất (hữu cơ hoặc vô cơ) có khả năng hình thành tương tác lưỡng cực - lưỡng cực thể hiện điểm sôi cao hoặc nóng chảy.

Chỉ số

  • 1 khoảnh khắc lưỡng cực
    • 1.1 Đối xứng
    • 1.2 Bất đối xứng trong các phân tử phi tuyến tính
  • 2 Định hướng của lưỡng cực
  • 3 tương tác bằng cầu hydro
  • 4 tài liệu tham khảo

Khoảnh khắc lưỡng cực

Mốc lưỡng cực μ của một phân tử là cường độ vectơ. Nói cách khác: nó phụ thuộc vào các hướng có độ dốc phân cực. Làm thế nào và tại sao gradient này bắt nguồn? Câu trả lời nằm ở các liên kết và bản chất bên trong của các nguyên tử của các nguyên tố.

Ví dụ, ở hình trên A có độ âm điện lớn hơn B, vì vậy trong liên kết A - B, mật độ electron cao nhất nằm ở xung quanh A.

Mặt khác, B "từ bỏ" đám mây điện tử của mình và do đó, được bao quanh bởi một khu vực nghèo điện tử. Sự khác biệt về độ âm điện giữa A và B tạo ra độ dốc phân cực.

Vì một vùng rất giàu electron (-) trong khi vùng kia nghèo electron (δ +), hai cực xuất hiện, tùy thuộc vào khoảng cách giữa chúng, tạo ra cường độ khác nhau của, được xác định cho mỗi hợp chất.

Đối xứng

Nếu một phân tử của một hợp chất nhất định có = 0, thì nó được gọi là một phân tử phân cực (ngay cả khi nó có độ dốc phân cực).

Để hiểu làm thế nào đối xứng - và do đó, hình học phân tử - đóng một vai trò quan trọng trong tham số này, cần phải xem xét lại liên kết A-B.

Do sự khác biệt về độ âm điện của chúng, có những vùng xác định giàu và nghèo về điện tử.

Nếu các liên kết là A-A hoặc B-B thì sao? Trong các phân tử này sẽ không có khoảnh khắc lưỡng cực, vì cả hai nguyên tử đều hút chúng theo cùng một cách các electron của liên kết (liên kết cộng hóa trị một trăm phần trăm).

Như có thể thấy trong hình ảnh, cả trong phân tử A-A và trong phân tử B-B đều không quan sát thấy các vùng giàu hoặc nghèo (màu đỏ và màu xanh). Ở đây một loại lực lượng khác có trách nhiệm giữ lại với nhau2 và B2: gây ra tương tác lưỡng cực - lưỡng cực, còn được gọi là lực lượng London hoặc lực phân tán.

Ngược lại, nếu các phân tử thuộc loại AOA hoặc BOB, sẽ có lực đẩy giữa các cực của chúng vì chúng có cùng điện tích:

Vùng δ + của hai phân tử BOB không cho phép tương tác lưỡng cực - lưỡng cực hiệu quả; điều tương tự cũng xảy ra đối với các vùng δ- của hai phân tử AOA. Ngoài ra, cả hai cặp phân tử có = 0. Độ dốc phân cực O-A bị hủy theo vectơ với liên kết A-O.

Do đó, các lực phân tán phát huy tác dụng trong cặp AOA và BOB, do không có sự định hướng hiệu quả của các lưỡng cực..

Sự bất đối xứng trong các phân tử phi tuyến tính

Trường hợp đơn giản nhất là phân tử CF4 (hoặc loại CX4). Ở đây, C có dạng hình học phân tử tứ diện và các vùng giàu electron nằm ở các đỉnh, đặc biệt là trên các nguyên tử âm điện của F.

Độ dốc phân cực C-F bị hủy theo bất kỳ hướng nào của khối tứ diện, làm cho tổng vectơ của tất cả các giá trị này bằng 0.

Do đó, mặc dù trung tâm tứ diện rất dương (δ +) và các đỉnh của nó rất âm (-), phân tử này không thể hình thành tương tác lưỡng cực - lưỡng cực với các phân tử khác.

Định hướng của lưỡng cực

Trong trường hợp các phân tử tuyến tính A - B, chúng được định hướng theo cách chúng tạo thành các tương tác lưỡng cực - lưỡng cực hiệu quả nhất (như trong hình trên). Trên đây là áp dụng theo cách tương tự cho hình học phân tử khác; ví dụ, các góc trong trường hợp phân tử NO2.

Do đó, các tương tác này xác định xem hợp chất A-B là chất khí, chất lỏng hay chất rắn ở nhiệt độ phòng.

Trong trường hợp hợp chất A2 và B2 (những người trong số các hình elip màu tím), rất có khả năng chúng là khí. Tuy nhiên, nếu các nguyên tử của chúng rất cồng kềnh và dễ phân cực (làm tăng lực của Luân Đôn), thì cả hai hợp chất có thể là rắn hoặc lỏng.

Tương tác lưỡng cực - lưỡng cực càng mạnh, sự gắn kết giữa các phân tử càng lớn; theo cách tương tự, điểm nóng chảy và sôi của hợp chất sẽ cao hơn. Điều này là do nhiệt độ cao hơn là cần thiết để "phá vỡ" các tương tác này.

Mặt khác, sự gia tăng nhiệt độ làm cho các phân tử rung động, xoay và di chuyển thường xuyên hơn. "Kích động phân tử" này làm suy yếu sự định hướng của các lưỡng cực và do đó, các lực liên phân tử của hợp chất bị suy yếu.

Tương tác bằng cầu hydro

Trong hình trên, năm phân tử nước được hiển thị tương tác với các liên kết hydro. Đây là một loại tương tác lưỡng cực - lưỡng cực đặc biệt. Vùng nghèo điện tử bị chiếm đóng bởi H; và vùng giàu electron (-) bị chiếm giữ bởi các nguyên tử có độ âm điện cao N, O và F.

Nghĩa là, các phân tử có nguyên tử N, O và F liên kết với H có thể tạo thành liên kết hydro.

Do đó, liên kết hydro là O-H-O, N-H-N và F-H-F, O-H-N, N-H-O, v.v. Những phân tử này thể hiện những khoảnh khắc lưỡng cực vĩnh viễn và rất mãnh liệt, điều này định hướng chính xác chúng để "tận dụng tối đa những cây cầu này".

Chúng yếu hơn về mặt năng lượng so với bất kỳ liên kết cộng hóa trị hoặc ion nào. Mặc dù, tổng của tất cả các liên kết hydro trong pha của hợp chất (rắn, lỏng hoặc khí) làm cho nó thể hiện các tính chất xác định nó là duy nhất.

Ví dụ, đó là trường hợp của nước, có cầu hydro chịu trách nhiệm cho điểm sôi cao của nó và ở trạng thái băng ít đậm đặc hơn nước lỏng; lý do tại sao các tảng băng trôi nổi trên biển.

Tài liệu tham khảo

  1. Lực lượng lưỡng cực. Truy cập ngày 30 tháng 5 năm 2018, từ: chem.purdue.edu
  2. Học vô biên. Lực lưỡng cực. Truy cập ngày 30 tháng 5 năm 2018, từ: khóa học.lumenlearning.com
  3. Jennifer Roushar (2016). Lực lượng lưỡng cực. Truy cập ngày 30 tháng 5 năm 2018, từ: sophia.org
  4. Helmenstine, Anne Marie, Tiến sĩ (Ngày 3 tháng 5 năm 2018). Ví dụ về liên kết hydro là gì? Truy cập ngày 30 tháng 5 năm 2018, từ: thinkco.com
  5. Mathews, C.K., Van Holde, K.E. và Aéc, K.G. (2002) Hóa sinh. Ấn bản thứ ba. Addison Wesley Longman, Inc., P 33.
  6. Whites, Davis, Peck & Stanley. Hóa học (Tái bản lần thứ 8). Học tập CENGAGE, p 450-452.
  7. Người dùng Qwerter. (Ngày 16 tháng 4 năm 2011). Mô hình 3D liên kết hydro trong nhà vệ sinh. [Hình] Truy cập ngày 30 tháng 5 năm 2018, từ: commons.wikidia.org