Междумолекулни взаимодействия

В клипа за електроотрицателността научихме по какво се различават полярните от неполярните ковалентни връзки. В този клип ще видим как се определя дали молекулите са полярни или неполярни и как тази полярност влияе на това, което наричаме междумолекулни сили. Междумолекулните сили са силите, които съществуват между молекулите. Те се различават от вътрешномолекулната сила, която е сила вътре в молекулата. Сила вътре в една молекула е, например, ковалентната връзка. Междумолекулните сили действат между молекулите. Нека разгледаме първия вид междумолекулна сила. Нарича се дипол-диполно взаимодействие. Нека разберем откъде идва това име. Да разгледаме молекулата на ацетона. Ще се фокусирам върху въглеродния атом, който е свързан с кислорода с двойна връзка. Знам, че кислородът е по-електроотрицатален от въглерода. Имаме четири електрона в тази двойна връзка между въглерода и кислорода. Ще опитам да ги подчертая тук. И тъй като кислородът е по-електроотрицателен, кислородът ще придърпа тези електрони по-близо до себе си и това ще даде на кислорода частичен отрицателен заряд. Тези електрони в жълто се отместват по-далеч от въглерода. Въглеродът губи малко електронна плътност и този въглерод придобива частично положителен заряд. А за тази молекула получаваме разделяне на заряда – положителен и отрицателен заряд. Тук имаме поляризирана двойна връзка. Както и поляризирана молекула. Има два различни полюса – отрицателен и положителен. И затова казваме, че това е полярна молекула. Ацетонът е относително полярна молекула. Същото става с долната молекула на ацетон. Получаваме частично отрицателен и частично положителен заряд. И тази молекула е полярна. Има два полюса. Нарича се дипол. Така че всяка от тези молекули е дипол. И тъй като всички молекули са полярни и има разделение между положителния и отрицателния заряд, а от органичната химия знаем, че противоположните заряди се привличат, тогава отрицателно зареденият кислород ще бъде привлечен от положително заредения въглерод. Ще има електростатично привличане между тези две молекули. И това ще ги задържи заедно. И съответно ще ти трябва енергия, ако искаш да ги разделиш. Точката на кипене на ацетона е около 56 градуса по Целзий. И тъй като стайната температура е между 20 и 25 градуса, при нея няма да сме достигнали точката на кипене на ацетона. Съответно ацетонът е още течен. Затова при стайна температура и нормално налягане ацетонът е течен. И това се определя от междумолекулната сила на това дипол-диполно взаимодействие, което задържа молекулите заедно. А междумолекулната сила, от своя страна, зависи от електроотрицателността. Да разгледаме друга междумолекулна сила, наречена водородна връзка. Тук имаме две водни молекули. Ако разгледаме електроните тук между кислорода и водорода, знаем, че кислородът е по-електроотрицателен от водорода. Затова кислородът ще придърпа тези електрони по-близо до себе си, и това ще даде на кислорода частично отрицателен заряд. Водородът ще загуби малко от електронната си плътност и ще стане частично положителен. Същото се случва и с долната водна молекула. Имаме частичен отрицателен заряд и частичен положителен заряд. И както при последния пример, виждаме, че ще има някакво електростатично привличане между противоположните заряди, между частично отрицателно заредения кислороден атом и частично положително заредения водороден атом. Тази молекула е полярна. Разбира се, че водата е полярна молекула. Можем да си помислим, че това е пример за дипол-диполно взаимодействие. И това е така, но в този случай имаме дори по-силна версия на дипол-диполно взаимодействие, което наричаме водородна връзка. Някога се е смятало, че може би водородът формира допълнителна връзка. Оттам идва наименованието. Но това не е истинска вътрешномолекулна сила. Сега говорим за междумолекулните сили. Но това е най-силната междумолекулна сила. Начинът да отличим водородната връзка от дипол-диполната връзка е да видим с какво е свързан водородът. В този случай имаме силно електроотрицателен атом кислород, свързан с водороден атом. И после този водород си взаимодейства с друг електротрицателен атом. Имаме частично отрицателен и частично положителен заряд, а тук имаме друг частично отрицателен заряд. И това е ситуацията, при която се появяват водородни връзки. Тук водородът показва междумолекулна сила. Някои ученици забравят, че водородът трябва да е свързан с друг електроотрицателен атом защото е необходима достатъчно голяма разлика в електроотрицателността, за да се получи това допълнително привличане. И така трите силно електроотрицателни елемента, които могат да образуват водородни връзки, са флуор, кислород и азот. Можеш да опиташ да ги запомниш чрез съкращението ФКА. Запомни, че ФКА са електроотрицателните атоми, които могат да участват във водородна връзка и така ще запомниш лесно тази междумолекулна връзка. Точката на кипене на водата е, разбира се, 100 градуса по Целзий, много по-висока от тази, която видяхме при ацетона. Това се дължи на факта, че водородните връзки са по-силна версия на дипол-диполното взаимодействие и следователно е необходима повече енергия или повече топлина, за да бъдат раздалечени тези молекули, за да бъдат превърнати в газ. И, разбира се, водата е течна при стайна температура. Добре. Нека разгледаме другия вид междумолекулни сили. Те се наричат дисперсионни сили на Лондон. Това са най-слабите междумолекулни сили и те имат връзка с движението на електроните в орбитали. Да погледнем молекулата на метана тук. Имаме въглероден атом, заобиколен от четири водородни атома. По начина, по който съм го записал, е трудно да се забележи, но ако се върнеш и изгледаш клипа за тетраедричната структура на свързване, ще разбереш, че това е триизмерно, тези водородни атоми са от всички страни на въглеродния атом. Има много малка разлика в електроотрицателността между въглерода и водорода. Тази малка разлика се компенсира в триизмерното пространство и като резултат молекулата на метана става неполярна. Така че тази молекула е неполярна и, разбира се, и тази е неполярна и няма дипол-диполно взаимодействие. Няма водородни връзки. Единствените междумолекулни сили, които задържат тези две молекули заедно, са дисперсионните сили на Лондон. Не трябва да забравяме, че електроните в тези връзки се движат в орбитали. Да предположим, че молекулата вляво, дори и за един кратък преходен момент, получи малко отрицателен заряд от тази си страна, така че да се окаже, че тези електрони дават нетен отрицателен заряд от тази страна. И после електроните в тази молекула, могат да се задвижат в противоположна посока и така тази страна да стане частично положителна. Тогава може да се появи много, много слабо привличане между тези две молекули на метана. То е много слабо, и именно затова дисперсионните сили са най-слабите междумолекулни сили. Но ги има. И само това задържа заедно тези молекули на метана. И тъй като е слабо, бихме очаквали точката на кипене на метана да бъде доста ниска. И тя, разбира се, е ниска. Точката на кипене на метана е някъде около минус 164 градуса по Целзий. И тъй като стайната температура е между 20 и 25 градуса, метанът очевидно вече е кипнал и можем да кажем, че се е превърнал в газ. Метанът очевидно е газ при стайна температура и нормално налягане. Ако повишим броя на въглеродите, ще повишим броя на възможните сили на привличане. Ако направим това, можем да повишим точката на кипене на друг въглеводород и то с много. И макар дисперсионните сили да са най-слабите, ако имаме по-големи молекули, благодарение на всички тези допълнителни сили ще се получи значителен ефект при тези по-големи молекули. И така, това беше кратък преглед на някои от междумолекулните сили, за да ти покажа важността и значението на електроотрицателността.