ANO ANG MGA PUWERSA NG VAN DER WAALS? - CHEMISTRY - 2025

Ang puwersa ng Van der Waals ay mga intermolecular na puwersa na de koryente sa kalikasan na maaaring maging kaakit-akit o masisira. Mayroong isang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga ibabaw ng mga molekula o atomo, na naiiba sa kakanyahan mula sa mga bono ng ionic, covalent at metal na bumubuo sa loob ng mga molekula.

Bagaman mahina, ang mga puwersang ito ay may kakayahang maakit ang mga molekula ng gas; din ng mga likido at solidong gas at ng lahat ng mga organikong likido at solido. Si Johannes Van der Waals (1873) ay ang nag-develop ng isang teorya upang maipaliwanag ang pag-uugali ng mga tunay na gas.

Sa tinaguriang equation ng Van der Waals para sa mga totoong gas - (P + an ² / V ² ) (V - nb)) = nRT- dalawang constants ang ipinakilala: ang palagiang b (iyon ay, ang dami na inookupahan ng mga molekula ng gas) at "a", na kung saan ay isang pare-pareho ng empirikal.

Ang pare-pareho na "a" ay nagtuwid ng paglihis mula sa inaasahang pag-uugali ng mga perpektong gas sa mababang temperatura, tiyak kung saan ipinahayag ang puwersa ng pang-akit sa pagitan ng mga molekula ng gas. Ang kakayahan ng isang atom na polarize sa pana-panahong talahanayan ay nagdaragdag mula sa tuktok ng isang pangkat hanggang sa ilalim nito, at mula sa kaliwa pakaliwa sa isang panahon.

Habang nagdaragdag ang bilang ng atomic - at samakatuwid ang bilang ng mga elektron - ang mga matatagpuan sa mga panlabas na shell ay mas madaling ilipat upang mabuo ang mga elemento ng polar.

Mga intermolecular na pakikipag-ugnay sa koryente

Pakikipag-ugnayan sa pagitan ng permanenteng dipoles

Mayroong mga electrical neutral na molekula, na permanenteng dipoles. Ito ay dahil sa isang perturbation sa elektronikong pamamahagi na gumagawa ng isang spatial paghihiwalay ng mga positibo at negatibong singil patungo sa mga dulo ng molekula, na bumubuo ng isang dipole (na parang magnet).

Ang tubig ay binubuo ng 2 hydrogen atoms sa isang dulo ng molekula at isang atom na oxygen sa kabilang dulo. Ang Oxygen ay may isang mas mataas na ugnayan para sa mga electron kaysa sa hydrogen at umaakit sa kanila.

Gumagawa ito ng isang paglilipat ng mga electron patungo sa oxygen, na iniiwan itong negatibong sisingilin at positibong sisingilin ang hydrogen.

Ang negatibong singil ng isang molekula ng tubig ay maaaring makipag-ugnay sa electrostatically sa positibong singil ng isa pang molekula ng tubig na nagdudulot ng isang pang-akit na elektrikal. Kaya, ang ganitong uri ng pakikipag-ugnayan ng electrostatic ay tinatawag na mga pwersa ng Keesom.

Pakikipag-ugnayan sa pagitan ng isang permanenteng dipole at isang sapilitang dipole

Ang permanenteng dipole ay nagpapakita ng tinatawag na dipole moment (µ). Ang laki ng dipole moment ay ibinigay ng expression ng matematika:

µ = qx

q = singil sa kuryente.

x = spatial na distansya sa pagitan ng mga poste.

Ang dipole moment ay isang vector na, sa pamamagitan ng kombensyon, ay kinakatawan oriented mula sa negatibong poste hanggang sa positibong poste. Ang laki ng µ masakit na ipahayag sa debye (3.34 × 10 ^-30 Cm

Ang permanenteng dipole ay maaaring makipag-ugnay sa isang neutral na molekula na nagdudulot ng pagbabago sa elektronikong pamamahagi nito, na nagreresulta sa isang sapilitan na dipole sa Molekyul na ito.

Ang permanenteng dipole at ang sapilitan na dipole ay maaaring makipag-ugnay sa electrically, na gumagawa ng isang de-koryenteng puwersa. Ang ganitong uri ng pakikipag-ugnay ay kilala bilang induction, at ang mga puwersa na kumikilos dito ay tinatawag na mga puwersa ng Debye.

Ang pwersa o pagpapakalat ng London

Ang likas na katangian ng mga kaakit-akit na pwersa na ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng mga mekanika ng quantum. Ini-post ng London na, sa isang instant, sa mga electrically neutral na molekula ang sentro ng negatibong singil ng mga elektron at ang sentro ng positibong singil ng nuclei ay maaaring hindi magkakasabay.

Kaya ang pagbabagu-bago ng density ng elektron ay nagpapahintulot sa mga molekula na kumilos bilang pansamantalang dipoles.

Hindi lamang ito paliwanag para sa kaakit-akit na puwersa, ngunit ang pansamantalang mga dipoles ay maaaring makapagpahiwatig nang maayos na nakahanay sa polariseysyon ng mga katabing mga molekula, na nagreresulta sa henerasyon ng isang kaakit-akit na puwersa. Ang kaakit-akit na puwersa na nabuo ng mga elektronikong pagbabagu-bago ay tinatawag na puwersa o pagpapakalat ng London.

Ang mga puwersa ng van der Waals ay nagpapakita ng anisotropy, na ang dahilan kung bakit naiimpluwensyahan sila ng oryentasyon ng mga molekula. Gayunpaman, ang mga pakikipag-ugnay-uri ng mga pakikipag-ugnay ay palaging kaakit-akit.

Ang lakas ng London ay lumalakas habang tumataas ang laki ng mga molekula o atomo.

Sa mga halogens, ang mababang bilang ng atomic F ₂ at Cl ₂ ay mga gas. Ang Br _{2 na} may pinakamataas na bilang ng atomic ay isang likido at ang I ₂ , ang halogen na may pinakamataas na bilang ng atomic, ay isang solid sa temperatura ng silid.

Habang nagdaragdag ang bilang ng atomic, ang bilang ng mga electron na naroroon ay tumataas, na nagpapadali sa polariseysyon ng mga atomo at, samakatuwid, ang mga pakikipag-ugnayan sa pagitan nila. Tinutukoy nito ang pisikal na estado ng mga halogens.

Mga radio Van der Waals

Ang mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga molekula at sa pagitan ng mga atomo ay maaaring maging kaakit-akit o mapupuksa, depende sa isang kritikal na distansya sa pagitan ng kanilang mga sentro, na tinatawag na r _v .

Sa mga distansya sa pagitan ng mga molekula o atom na mas malaki kaysa sa r _v , ang pang-akit sa pagitan ng nuclei ng isang molekula at ang mga electron ng iba pang namamayani sa mga repulsions sa pagitan ng mga nuclei at mga electron ng dalawang molekula.

Sa kasong inilarawan, ang pakikipag-ugnay ay kaakit-akit, ngunit ano ang mangyayari kung ang mga molekula ay lumapit sa isang distansya sa pagitan ng kanilang mga sentro na mas mababa sa rv? Pagkatapos ang namumuong puwersa ay namumuno sa kaakit-akit na isa, na tumututol sa isang mas malapit na diskarte sa pagitan ng mga atomo.

Ang halaga ng r _v ay ibinibigay ng tinaguriang Van der Waals radii (R). Para sa spherical at magkaparehong mga molekula r _v ay katumbas ng 2R. Para sa dalawang magkakaibang mga molekula ng radii R ₁ at R ₂ : r _v ay katumbas ng R ₁ + R ₂ . Ang mga halaga ng radi ng Van der Waals radii ay ibinibigay sa Talahanayan 1.

Ang halaga na ibinigay sa Talahanayan 1 ay nagpapahiwatig ng isang radius ng Van der Waals na 0.12 nm (10 ^-9 m) para sa hydrogen. Kaya ang halaga ng r _v para sa atom na ito ay 0.24 nm. Para sa isang halaga ng r _{v na} mas mababa sa 0.24 nm magkakaroon ng isang pagtanggi sa pagitan ng mga atom ng hydrogen.

Talahanayan 1. Ang Van der Waals radii ng ilang mga atoms at pangkat ng mga atoms.

Puwersa at enerhiya ng pakikipag-ugnayan sa elektrikal sa pagitan ng mga atom at sa pagitan ng mga molekula

Ang puwersa sa pagitan ng isang pares ng mga singil ng q ₁ at q ₂ , na pinaghiwalay sa isang vacuum sa pamamagitan ng distansya r, ay ibinibigay ng batas ni Coulomb.

F = k. q ₁ .q ₂ / r ²

Sa expression na ito k ay isang palagiang ang halaga ay nakasalalay sa mga yunit na ginamit. Kung ang halaga ng puwersa - na ibinigay ng aplikasyon ng batas ng Coulomb - ay negatibo, nagpapahiwatig ito ng isang kaakit-akit na puwersa. Sa kabaligtaran, kung ang halaga na ibinigay para sa puwersa ay positibo, ito ay nagpapahiwatig ng isang puwersang mapang-uyam.

Tulad ng mga molekula ay karaniwang nasa isang may tubig na daluyan na pinoprotektahan ang mga de-koryenteng puwersa na ipinatupad, kinakailangan upang ipakilala ang term na dielectric na pare-pareho (ε). Kaya, ang patuloy na pagwawasto ng halaga na ibinigay para sa mga de-koryenteng puwersa sa pamamagitan ng aplikasyon ng batas ng Coulomb.

F = kq ₁ .q ₂ /ε.r ²

Katulad nito, ang enerhiya para sa pakikipag-ugnay ng elektrikal (U) ay ibinibigay ng expression:

U = k. q ₁ .q ₂ /ε.r

Mga Sanggunian

1. Ang Mga editor ng Encyclopaedia Britannica. (2018). Pwersa ng Van der Waals. Nakuha noong Mayo 27, 2018, mula sa: britannica.com
2. Wikipedia. (2017). Pwersa ng Van der Waals. Nakuha noong Mayo 27, 2018, mula sa: es.wikipedia.org
3. Kathryn Rashe, Lisa Peterson, Seila Buth, Irene Ly. Van der Waals Forces. Nakuha noong Mayo 27, 2018, mula sa: chem.libretexts.org
4. Morris, JG (1974) Isang Chemologist na Physical Biology. 2and edition. Si Edward Arnold (Publisher) Limitado.
5. Mathews, CK, Van Holde, KE at Ahern, KG (2002) Biochemistry. Ikatlong edisyon. Addison Wesley Longman, Inc.