3.4. Межмолекулярные взаимодействия

(силы Ван-дер-Ваальса)

Различают три вида:

ориентационное взаимодействие - проявляется, если вещество состоит из полярных молекул - диполей (диполь-дипольное взаимодействие). Чем более полярны молекулы, тем сильнее они притягиваются и тем сильнее ориентационное взаимодействие. Такое взаимодействие характерно для полярных молекул (NH₃, H₂O, и др.). Повышение температуры ослабляет это взаимодействие;

индукционное взаимодействие - осуществляется, в частности, между полярной и неполярной молекулой и обусловлено тем, что дипольные молекулы индуцируют в соседних молекулах диполи. Энергия этого взаимодействия тем больше, чем больше поляризуемость молекул. Например, в молекуле H₂S это взаимодействие больше чем в молекуле Н₂О, т.к. поляризуемость S^2 больше чем O^2.

дисперсионное взаимодействие – характерно для любых атомов и молекул. Для неполярных молекул дисперсионное взаимодействие является единственной составляющей вандерваальсовых сил. Оно тем больше, чем более тяжелыми являются частицы (больше зарядов – больше взаимодействий). Дисперсионное взаимодействие наиболее универсальное, то есть проявляется в любых случаях.

Все три вида взаимодействия возрастают с ростом молекулярной массы. По сравнению с ковалентной связью ван-дер-ваальсовое взаимодействие очень слабое. Так, если энергия, необходимая для диссоциации молекулы Cl₂ на атомы составляет 243 кДж/моль, то энергия сублимации (возгонки) кристаллов Cl₂ составляет всего 25 кДж/моль.

Водородная связь – связь между молекулами, в которых атом водорода связан с самыми электроотрицательными элементами (HF, H₂O, NH₃).

Благодаря водородным связям молекулы объединяются в димеры и более сложные ассоциаты. Последние могут иметь линейное, разветвленное или кольцевое строение. Ассоциация приводит к повышению температуры кипения, температуры плавления и теплоты парообразования, изменению растворяющей способности и (способность к образованию молекул Н₂SO₄ c молекулами воды водородных связей способствует более сильной растворимости, что позволяет получать растворы с концентрацией порядка 98% по массе) и т.д. Энергия водородной связи меньше, чем обычных ковалентных и ионных связей (обычно менее 40 кДж/моль). Она тем больше, чем больше электроотрицательность элемента, Так, энергия водородной связи Н...F составляет около 40, связи Н....О  20, Н...N  8 кДж/моль. Обозначается такая связь обычно пунктиром.

Пример 10. Среди взаимодействий 1) ориентационное 2) индукционное 3) дисперсионное 4) водородная связь укажите являющееся причиной: растворения фтороводорода в воде; перехода азота в жидкое состояние при низких температурах.

Решение. Поскольку между молекулами воды и фтороводорода возможно образование водородных связей, которые способствует повышению растворимости (ответ 4).

Причиной перехода газов в жидкое состояние является дисперсионное взаимодействие (ответ 3).

Пример 11. Определить тип химической связи в следующих молекулах:KI,NO, (HF)₂,Cl₂.

Решение. В молекулеKIсвязь образована между атомами типичного металла и типичного неметалла, электроотрицательности которых очень сильно отличаются, поэтому

связь ионная; в молекулеNOобразующие связь атомы относятся к неметаллам, близко расположены в периодической системе, т.е. электроотрицательности их не очень сильно различаются, поэтому связьковалентная полярнаясо смещением электронной плотности в сторону более электроотрицательного атома кислорода;

в оединении (HF)₂, две молекулы связаны водородной связью, а связь H–Fковалентная полярная ;

в молекуле Cl₂ связьковалентная неполярная, так как образована атомами с одинаковой электроотрицательностью.