Межмолекулярные взаимодействия (лекция 4)

Типы межмолекулярных взаимодействий
Вандерваальсовы силы
Водородная связь

И. Ван дер Ваальс
голландский ученый,
лауреат Нобелевской премии 1910 г.

Ван-дер-ваальсова связь
наиболее универсальный вид межмолекулярной связи, обусловлен
ориентационным взаимодействием, (постоянный диполь – постоянный диполь) индукционным взаимодействием, (постоянный диполь – индуцированный диполь)
дисперсионными взаимодействием.
(индуцированный диполь – мгновенный диполь)

Диполь – дипольное притяжение осуществляется между молекулами с постоянными дипольными моментами.
Дипольным моментом обладают только молекулы с полярными ковалентными связями.

Дипольные моменты молекул
O=C=O
H-Cl
σ+
σ+
σ+
σ+
σ+
σ+
σ+
σ+
σ+
σ+
σ-
σ-
σ-
σ-
σ-
σ-
σ-

постоянный диполь – постоянный диполь

Индукционное притяжение осуществляется между полярными молекулами и некоторыми неполярными молекулами.
Оно обусловлено возникновением у неполярной молекулы индуцированного (наведенного) диполя под влиянием полярной молекулы

постоянный диполь – индуцированный диполь

Дисперсионное притяжение возникает в результате мгновенных флуктуаций электронной плотности в молекулах.
Электронные облака искажаются, что приводит к появлению в молекуле мгновенного диполя, который способен индуцировать диполь в соседней молекуле. (Ф.Лондон)

индуцированный диполь – мгновенный диполь

Водородная связь -
сила притяжения, возникающая между атомом водорода и электроотрицательным атомом

Водородная связь
Ее образование обусловлено тем, что в результате сильного смещения электронной пары к электроотрицательному атому, атом водорода, обладающий эффективным положительным зарядом, может взаимодействовать с другим электроотрицательным атомом (F, O, N, реже Cl, Br, S).

Образование внутримолекулярной водородной связи.
Образование межмолекулярной водородной связи

Фтороводород образует нестойкие соединения с водой по донорно-акцепторному механизму
При низких температурах фтористый водород образует нестойкие соединения с водой состава Н2О·HF, Н2О·2HF и Н2О·4HF.Наиболее устойчиво из них первое (tпл −35 °C), которое следует рассматривать как фторид гидроксония — [Н3O]F. Второе является гидрофторидом гидроксония [Н3O][HF2].

Слабые и сильные водородные связи
Слабые водородные связи (водородные связи в воде, аммиаке, метаноле)
Сильные водородные связи (существуют в ионах: водороддифтор-ион гидратированный гидроксид-ион )
Энергия связи, кДж/моль
Длина связи, нм
10-30
400
30
23-24
[F-H-F]-
[OH-H-OH]-

Влияние межмолекулярных сил на структуру и свойства
Диполь-дипольное притяжение обуславливает втягивание молекул воды с поверхности внутрь жидкости, капли сферической формы и объясняет существование вогнутого мениска воды.

Влияние водородной связи
H2O
(H2O)
H2S
H2Se
H2Te
2 3 4 5
Номер периода
40
24
16
8
ΔH, кДж/моль
Энтальпия испарения гидридов элементов VI группы.
Вода, в которой существует водородная связь, имеет аномальное значение указанного свойства.

Влияние водородной связи
ССН3
Н
О
СН3С
О
О
О
Н
Некоторые карбоновые кислоты существуют в виде димеров, что обусловлено существованием водородной связи между двумя молекулами.

Влияние внутримолекулярной водородной связи
Молекула ДНК

Влияние вандерваальсовых сил
Молекулы с большим числом электронов и более диффузным распределением электронов притягиваются друг к другу сильнее, чем молекулы с малым числом электронов.

Т кип, °С
Метан
Бутан
-164,0
-0,5
С
С – С – С – С
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н

Пропан-бутановая смесь
Бутан -0,5
Пропан -43
Сжиженный бутан в чистом виде не будет работать при отрицательных температурах. Тогда как применение чистого пропана противопоказано в условиях жаркого климата, поскольку высокая температура вызывает чрезмерное повышение давления в газовом резервуаре.

Т кип, °С
Йод J2
Хлор Cl2
165
-35
106 электронов
34 электрона

Вандерваальсовы силы
обуславливают также связывающее взаимодействие между соседними слоями в кристаллах со слоистой структурой, как в графите или йодиде кадмия.

Выводы по теме:
1. Межмолекулярные взаимодействия имеют как электростатическую, так и донорно-акцепторную природу и отличаются от химической связи по энергии, длине связи.
2. Тип ММВ определяется природой вещества и его строением, типом химической связи и донорно-акцепторными свойствами атомов соединения.
3. Межмолекулярные взаимодействия влияют на агрегатное состояние вещества и его свойства.
4. Водородная связь относится как к внутри-, так и к межмолекулярным связям. Механизм ее образования и ее характеристики зависит от условий формирования связи.

Вопросы к лекции
1. Какова природа преобладающих сил межмолекулярного взаимодействия в системе H2O2– НF:
а) дисперсионное и индукционное;
б) ориентационное и донорно-акцепторное;
в) водородное и ориентационное.
2. Указать как изменяется природа преобладающих сил межмолекулярного взаимодействия в жидких веществах при переходе от СО2кH2S:
а) от дисперсионного к ориентационному и водородному;
б) от дисперсионного к индукционному;
в) от ориентационного к водородному.