CO JSOU DIPÓLOVÉ DIPÓLOVÉ SÍLY? - CHEMIE - 2025

Tyto dipól dipól síly nebo Keesom síly jsou ty mezimolekulární interakce přítomné v molekulách s trvalými dipólových momentů. Je to jedna z Van der Waalsových sil, a ačkoli to zdaleka není nejsilnější, je to klíčový faktor, který vysvětluje fyzikální vlastnosti mnoha sloučenin.

Termín "dipól" se výslovně týká dvou pólů: jednoho negativního a jednoho pozitivního. Mluvíme tedy o dipólových molekulách, pokud mají definovány oblasti s vysokou a nízkou hustotou elektronů, což je možné pouze tehdy, pokud elektrony přednostně „migrují“ k určitým atomům: nejvíce elektronegativní.

Horní obrázek ukazuje interakce dipól-dipól mezi dvěma molekulami AB s trvalými dipólovými momenty. Podobně lze pozorovat, jak jsou molekuly orientovány tak, aby interakce byly účinné. Pozitivní oblast 5 + tedy přitahuje negativní oblast 5-.

Podle výše uvedeného lze stanovit, že tento typ interakce je směrový (na rozdíl od interakcí iontového náboje a náboje). Molekuly v jejich prostředí orientují své póly takovým způsobem, že ačkoli jsou slabé, součet všech těchto interakcí dává sloučenině velkou mezimolekulární stabilitu.

To vede k tomu, že sloučeniny (organické nebo anorganické) schopné tvořit interakce dipól-dipól vykazují vysoké teploty varu nebo tání.

Dipolový moment

Dipolový moment µ molekuly je kvantita vektoru. Jinými slovy: záleží na směrech, kde je gradient polarity. Jak a proč tento gradient vzniká? Odpověď spočívá ve vazbách a ve vnitřní povaze atomů prvků.

Například na horním obrázku A je elektronegativnější než B, takže v AB vazbě je nejvyšší hustota elektronů umístěna kolem A.

Na druhé straně B „vzdává“ svůj elektronový mrak, a proto je obklopen oblastí chudou na elektrony. Tento rozdíl v elektronegativitách mezi A a B vytváří gradient polarity.

Protože jedna oblast je bohatá na elektrony (δ-), zatímco druhá je na elektrony chudá (δ +), objevují se dva póly, které v závislosti na vzdálenosti mezi nimi vznikají různé velikosti µ, které jsou určeny pro každou sloučeninu.

Symetrie

Pokud má molekula určité sloučeniny µ = 0, pak se říká, že se jedná o nepolární molekulu (i když má gradienty polarity).

Abychom pochopili, jak symetrie - a tedy molekulární geometrie - hraje v tomto parametru důležitou roli, je třeba znovu zvážit AB vazbu.

Kvůli rozdílu v jejich elektronegativitách jsou definované regiony bohaté a chudé na elektrony.

Co kdyby byly odkazy AA nebo BB? V těchto molekulách by nebyl žádný dipólový okamžik, protože oba atomy k nim přitahují stejným způsobem elektrony vazby (stoprocentní kovalentní vazba).

Jak je vidět na obrázku, ani AA ani BB molekula nyní neukazují oblasti bohaté nebo chudé na elektrony (červená a modrá). Zde je zodpovědný pro uložení další typ sil ₂ a B _{2 společně}: indukovaná dipól-dipól interakce, také známý jako London silami nebo disperzními silami.

Naopak, pokud by molekuly byly typu AOA nebo BOB, došlo by k odpuzování mezi jejich póly, protože mají stejné náboje:

Oblasti 5 + dvou molekul BOB neumožňují účinnou interakci dipól-dipól; to samé se děje pro 5 oblasti dvou molekul AOA. Podobně mají oba páry molekul µ = 0. Polarita gradientu OA je vektorově zrušena s polaritou AO.

V důsledku toho se objevují disperzní síly také v páru AOA a BOB, protože neexistuje účinná orientace dipólů.

Asymetrie v nelineárních molekulách

Nejjednodušší případ je, že na CF ₄ molekuly (nebo CX ₄ typu). Zde má C tetraedrickou molekulární geometrii a oblasti bohaté na elektrony se nacházejí ve vrcholech, konkrétně na elektronegativních atomech F.

Gradient polarity CF se zruší v kterémkoli směru čtyřstěnu, což způsobí, že se součet vektorů všech rovná 0.

Ačkoliv je tedy střed tetrahedronu velmi pozitivní (5 +) a jeho vrcholy jsou velmi negativní (8-), tato molekula nemůže vytvářet dipól-dipólové interakce s jinými molekulami.

Orientace dipólů

V případě lineárních AB molekul jsou orientovány tak, že tvoří nejúčinnější dipól-dipólové interakce (jak je znázorněno na obrázku výše). Výše uvedené je použitelné stejným způsobem pro jiné molekulární geometrie; například úhlové v případě molekul NO ₂.

Tyto interakce tedy určují, zda sloučenina AB je plyn, kapalina nebo pevná látka při pokojové teplotě.

V případě sloučenin, A ₂ a B ₂ (ty z fialové elipsy), je velmi pravděpodobné, že se plynný. Pokud jsou však jeho atomy velmi objemné a snadno polarizovatelné (což zvyšuje londýnské síly), mohou být obě sloučeniny buď pevné nebo kapalné.

Čím silnější jsou interakce dipól-dipól, tím větší je soudržnost mezi molekulami; podobně, čím vyšší jsou teploty tání a teploty varu sloučeniny. Je to proto, že k „přerušení“ těchto interakcí jsou zapotřebí vyšší teploty.

Na druhé straně zvýšení teploty způsobí, že molekuly vibrují, rotují a pohybují se častěji. Tato „molekulární agitace“ narušuje orientaci dipólů, a proto jsou intermolekulární síly sloučeniny oslabeny.

Interakce vodíkových vazeb

Na horním obrázku je znázorněno pět molekul vody interagujících vodíkovými vazbami. Jedná se o zvláštní typ interakcí dipól-dipól. Oblast chudá na elektrony je obsazena H; a oblast bohatá na elektrony (5) je obsazena vysoce elektronegativními atomy N, O a F.

To znamená, že molekuly s atomy N, O a F navázanými na H mohou tvořit vodíkové vazby.

Vodíkové vazby jsou tedy OHO, NHN a FHF, OHN, NHO atd. Tyto molekuly mají trvalé a velmi intenzivní dipólové momenty, které je správně orientují, aby „využívaly“ těchto můstků.

Jsou energeticky slabší než jakákoli kovalentní nebo iontová vazba. Přestože součet všech vodíkových vazeb ve fázi sloučeniny (pevné, kapalné nebo plynné) způsobuje, že vykazuje vlastnosti, které ji definují jako jedinečnou.

Jedná se například o vodu, jejíž vodíkové vazby jsou odpovědné za její vysokou teplotu varu a za to, že jsou v ledovém stavu méně husté než tekutá voda; důvod, proč ledovce plují v mořích.

Reference

1. Dipole-Dipole Forces. Citováno z 30. května 2018, z: chem.purdue.edu
2. Neomezené učení. Dipole-Dipole Force. Citováno z 30. května 2018, z: courses.lumenlearning.com
3. Jennifer Roushar. (2016). Dipole-Dipole Forces. Citováno z 30. května 2018, z: sophia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (3. května 2018). Jaké jsou příklady lepení vodíkem? Citováno z 30. května 2018, z: thinkco.com
5. Mathews, CK, Van Holde, KE a Ahern, KG (2002) Biochemistry. Třetí edice. Addison Wesley Longman, Inc., str. 33.
6. Whitten, Davis, Peck a Stanley. Chemie. (8. ed.). CENGAGE Learning, str. 450-452.
7. Uživatel Qwerter. (16. dubna 2011). Vodíkové vazby 3D modelu na záchodě.. Citováno z 30. května 2018, z: commons.wikimedia.org