- Moleküller arası elektriksel etkileşimler
- Kalıcı çift kutuplar arasındaki etkileşim
- Kalıcı bir dipol ile indüklenmiş bir dipol arasındaki etkileşim
- Londra kuvvetleri veya dağılım
- Van der Waals radyolar
- Atomlar ve moleküller arasındaki elektriksel etkileşimin kuvvetleri ve enerjisi
- Referanslar
Waals der Van elektrik arası kuvvetler olarak çeken ya da iten olabilir doğası. Moleküllerin veya atomların yüzeyleri arasında, özünde moleküllerin içinde oluşan iyonik, kovalent ve metalik bağlardan farklı bir etkileşim vardır.
Zayıf olmasına rağmen, bu kuvvetler gaz moleküllerini çekebilir; ayrıca sıvılaştırılmış ve katılaştırılmış gazlar ve tüm organik sıvı ve katı gazlar. Johannes Van der Waals (1873), gerçek gazların davranışını açıklamak için bir teori geliştiren kişiydi.
Gerçek gazlar için sözde Van Waals der eşitlikte - (P +, bir 2 / V 2 ) (V - NB)) = nRT- iki sabit tanıtılmaktadır: b sabiti (olduğundan, hacim molekülleri tarafından işgal gas) ve ampirik bir sabit olan "a".
"A" sabiti, gaz molekülleri arasındaki çekim kuvvetinin tam olarak ifade edildiği düşük sıcaklıklarda ideal gazların beklenen davranışından sapmayı düzeltir. Bir atomun periyodik tablodaki polarize olma yeteneği, bir grubun tepesinden altına doğru ve bir süre boyunca sağdan sola doğru artar.
Atom numarası arttıkça - ve dolayısıyla elektronların sayısı - dış kabuklarda bulunanların kutupsal elementler oluşturmak için hareket ettirilmesi daha kolaydır.
Moleküller arası elektriksel etkileşimler
Kalıcı çift kutuplar arasındaki etkileşim
Kalıcı dipoller olan elektriksel olarak nötr moleküller vardır. Bunun nedeni, pozitif ve negatif yüklerin molekülün uçlarına doğru uzamsal olarak ayrılmasını sağlayan ve bir dipol oluşturan (sanki bir mıknatısmış gibi) elektronik dağıtımdaki bir bozukluktur.
Su, molekülün bir ucunda 2 hidrojen atomundan ve diğer ucunda bir oksijen atomundan oluşur. Oksijen, elektronlara hidrojenden daha yüksek afiniteye sahiptir ve onları çeker.
Bu, elektronların oksijene doğru yer değiştirmesine neden olur ve bunu negatif yüklü ve hidrojeni pozitif yüklü bırakır.
Bir su molekülünün negatif yükü, başka bir su molekülünün pozitif yükü ile elektrostatik olarak etkileşime girerek elektriksel bir çekime neden olabilir. Bu nedenle, bu tür elektrostatik etkileşime Keesom kuvvetleri denir.
Kalıcı bir dipol ile indüklenmiş bir dipol arasındaki etkileşim
Kalıcı dipol, dipol moment (µ) denen şeyi gösterir. Dipol momentinin büyüklüğü matematiksel ifade ile verilir:
µ = qx
q = elektrik yükü.
x = kutuplar arasındaki uzaysal mesafe.
Çift kutup momenti, konvansiyonel olarak negatif kutuptan pozitif kutba doğru yönlendirilmiş bir vektördür. U büyüklüğü 3.34 x 10 Debye (ifade etmek acı -30 Cm
Kalıcı dipol, nötr bir molekülle etkileşime girerek elektronik dağılımında bir değişikliğe neden olabilir ve bu da bu molekülde indüklenmiş bir dipol ile sonuçlanır.
Kalıcı dipol ve indüklenen dipol, elektriksel olarak etkileşime girerek bir elektrik kuvveti oluşturabilir. Bu tür bir etkileşim indüksiyon olarak bilinir ve buna etki eden kuvvetlere Debye kuvvetleri denir.
Londra kuvvetleri veya dağılım
Bu çekici kuvvetlerin doğası kuantum mekaniği ile açıklanmaktadır. London, elektriksel olarak nötr moleküllerde elektronların negatif yüklerinin merkezi ile çekirdeklerin pozitif yüklerinin merkezinin bir anda çakışmayabileceğini varsaydı.
Dolayısıyla elektron yoğunluğunun dalgalanması, moleküllerin geçici çift kutuplar gibi davranmasına izin verir.
Bu tek başına çekici kuvvetlerin bir açıklaması değildir, ancak geçici çift kutuplar bitişik moleküllerin uygun şekilde hizalanmış polarizasyonunu indükleyerek çekici bir kuvvetin oluşmasına neden olabilir. Elektronik dalgalanmaların ürettiği çekici kuvvetlere Londra kuvvetleri veya dağılım denir.
Van der Waals kuvvetleri anizotropi gösterir, bu yüzden moleküllerin yöneliminden etkilenirler. Bununla birlikte, dağılım tipi etkileşimler her zaman ağırlıklı olarak çekicidir.
Moleküllerin veya atomların boyutu büyüdükçe Londra kuvvetleri güçlenir.
Halojenlerde, düşük atom numaralı F 2 ve Cl 2 molekülleri gazlardır. En yüksek atom numarasına sahip Br 2 bir sıvıdır ve en yüksek atom numarasına sahip halojen olan I 2 , oda sıcaklığında katıdır.
Atom numarası arttıkça, mevcut elektron sayısı artar, bu da atomların polarizasyonunu ve dolayısıyla aralarındaki etkileşimi kolaylaştırır. Bu, halojenlerin fiziksel durumunu belirler.
Van der Waals radyolar
Moleküller arasındaki ve atomlar arasındaki etkileşimler, merkezleri arasındaki kritik mesafeye bağlı olarak çekici veya itici olabilir, buna r v denir .
Moleküller veya r daha büyük atomlar arası mesafelerde v , molekülün bir çekirdek ve çekirdek ve iki molekülün elektron arasında geri tepkileri üzerindeki diğer baskın elektron arasındaki çekim.
Açıklanan durumda, etkileşim çekicidir, ancak moleküller, merkezleri arasında rv'den daha az bir mesafeden yaklaşırsa ne olur? Daha sonra itme kuvveti, atomlar arasında daha yakın bir yaklaşıma karşı çıkan çekici kuvvete üstün gelir.
R v'nin değeri sözde Van der Waals yarıçapları (R) ile verilir. Küresel ve özdeş moleküller için r v , 2R'ye eşittir. Yarıçapı R, iki farklı molekül için 1 ve R 2 : r v R eşittir 1 + R 2 . Van der Waals yarıçaplarının değerleri Tablo 1'de verilmiştir.
Tablo 1'de verilen değer , hidrojen için 0.12 nm'lik ( 10-9 m) bir Van der Waals yarıçapını gösterir . Yani bu atom için r v'nin değeri 0.24 nm'dir. 0.24 nm'den küçük bir r v değeri için , hidrojen atomları arasında bir itme olacaktır.
Tablo 1. Bazı atomların ve atom gruplarının Van der Waals yarıçapları.
Atomlar ve moleküller arasındaki elektriksel etkileşimin kuvvetleri ve enerjisi
Bir boşlukta r mesafesi ile ayrılan bir çift q 1 ve q 2 arasındaki kuvvet Coulomb yasası ile verilir.
F = k. q, 1 SORU 2 / r 2
Bu ifadede k, değeri kullanılan birimlere bağlı olan bir sabittir. Coulomb yasasının uygulanmasıyla verilen kuvvetin değeri negatifse, çekici bir kuvveti gösterir. Aksine, kuvvet için verilen değer pozitifse, itici bir kuvvetin göstergesidir.
Moleküller genellikle uygulanan elektrik kuvvetlerini koruyan sulu bir ortamda bulunduğundan, dielektrik sabiti (ε) teriminin tanıtılması gerekir. Böylece, bu sabit Coulomb yasasının uygulanmasıyla elektrik kuvvetleri için verilen değeri düzeltir.
F = kq 1 .q 2 /ε.r 2
Benzer şekilde, elektriksel etkileşim (U) için enerji şu ifade ile verilir:
U = k. q, 1 SORU 2 /ε.r
Referanslar
- Encyclopaedia Britannica'nın Editörleri. (2018). Van der Waals kuvvetleri. 27 Mayıs 2018'de britannica.com adresinden alındı
- Vikipedi. (2017). Van der Waals kuvvetleri. 27 Mayıs 2018'de es.wikipedia.org adresinden alındı.
- Kathryn Rashe, Lisa Peterson, Seila Buth, Irene Ly. Van der Waals Kuvvetleri. 27 Mayıs 2018'de chem.libretexts.org adresinden alındı.
- Morris, JG (1974) Bir Biyoloğun Fiziksel Kimyası. 2. ve baskı. Edward Arnold (Yayıncılar) Limited.
- Mathews, CK, Van Holde, KE ve Ahern, KG (2002) Biochemistry. Üçüncü baskı. Addison Wesley Longman, Inc.