กองกำลัง Van der Waals คืออะไร?

กองกำลัง Van der Waals พวกมันเป็นแรงระหว่างโมเลกุลของธรรมชาติทางไฟฟ้าที่สามารถดึงดูดหรือน่ารังเกียจ มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างพื้นผิวของโมเลกุลหรืออะตอมที่แตกต่างกันในสาระสำคัญจากพันธะไอออนิกโควาเลนต์และโลหะที่เกิดขึ้นภายในโมเลกุล.

ถึงแม้ว่าอ่อนแอพลังเหล่านี้สามารถดึงดูดโมเลกุลของก๊าซ; เช่นเดียวกับที่เป็นของเหลวก๊าซแข็งตัวและของเหลวและของแข็งอินทรีย์ทั้งหมด โยฮันเนสแวนเดอร์วาลส์ (1873) เป็นผู้พัฒนาทฤษฎีเพื่ออธิบายพฤติกรรมของก๊าซจริง.

ในสมการที่เรียกว่า Van der Waals สำหรับก๊าซจริง - (P +  ไปยังn²/ V²) (V - nข)) = nRT- ค่าคงที่สองค่าแนะนำ: ค่าคงที่ b (นั่นคือปริมาตรที่ถูกครอบครองโดยโมเลกุลก๊าซ) และ "a" ซึ่งเป็นค่าคงที่เชิงประจักษ์.

ค่าคงที่ "a" จะแก้ไขการเบี่ยงเบนของพฤติกรรมที่คาดหวังของก๊าซอุดมคติที่อุณหภูมิต่ำโดยแม่นยำเมื่อแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของก๊าซถูกแสดงออกมา ความสามารถของอะตอมในการทำให้ขั้วเพิ่มขึ้นในตารางธาตุด้านบนของกลุ่มไปที่ด้านล่างของนี้และจากขวาไปซ้ายในช่วงเวลาหนึ่ง.

ด้วยการเพิ่มเลขอะตอมดังนั้นจำนวนอิเล็กตรอนที่อยู่ในชั้นนอกจะง่ายต่อการเคลื่อนย้ายเพื่อสร้างองค์ประกอบขั้ว.

ดัชนี

• 1 อันตรกิริยาทางไฟฟ้าระหว่างโมเลกุล
  • 1.1 การมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างไดโพลถาวร
  • 1.2 ปฏิกิริยาระหว่างไดโพลถาวรกับไดโพลที่เหนี่ยวนำ
• 2 กองกำลังของลอนดอนหรือการกระจายตัว
• 3 วิทยุ Van der Waals
• 4 แรงและพลังงานของปฏิกิริยาทางไฟฟ้าระหว่างอะตอมและระหว่างโมเลกุล
• 5 อ้างอิง

อันตรกิริยาทางไฟฟ้าระหว่างโมเลกุล

ปฏิสัมพันธ์ระหว่างไดโพลถาวร

มีโมเลกุลที่เป็นกลางทางไฟฟ้าซึ่งเป็นไดโพลถาวร นี่เป็นเพราะความไม่สงบในการแจกแจงทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ก่อให้เกิดการแยกเชิงพื้นที่ของประจุบวกและลบไปทางปลายโมเลกุลทำให้กลายเป็นไดโพล (ราวกับว่ามันเป็นแม่เหล็ก).

น้ำประกอบด้วยอะตอมไฮโดรเจน 2 อะตอมที่ปลายด้านหนึ่งของโมเลกุลและอะตอมออกซิเจนที่ปลายอีกด้านหนึ่ง ออกซิเจนมีความสัมพันธ์ที่ใกล้ชิดกับอิเล็กตรอนมากกว่าไฮโดรเจนและดึงดูดพวกมัน.

สิ่งนี้ทำให้เกิดการกระจัดของอิเล็กตรอนไปสู่ออกซิเจนซึ่งจะมีประจุเป็นลบและไฮโดรเจนที่มีประจุเป็นบวก.

ประจุลบของโมเลกุลน้ำสามารถโต้ตอบกับไฟฟ้าสถิตได้ด้วยประจุบวกของโมเลกุลน้ำอีกอันทำให้เกิดแรงดึงดูดทางไฟฟ้า ดังนั้นการโต้ตอบด้วยไฟฟ้าสถิตแบบนี้เรียกว่ากองกำลังของ Keesom.

ปฏิสัมพันธ์ระหว่างไดโพลถาวรกับไดโพลที่เหนี่ยวนำ

ไดโพลถาวรนำเสนอสิ่งที่เรียกว่าโมเมนต์ไดโพล (μ) ขนาดของไดโพลโมเมนต์จะถูกกำหนดโดยนิพจน์ทางคณิตศาสตร์:

μ = q.x

q = ประจุไฟฟ้า.

x = ระยะทางเชิงพื้นที่ระหว่างเสา.

โมเมนต์ไดโพลเป็นเวกเตอร์ที่โดยการประชุมจะถูกวางเชิงจากขั้วลบไปยังขั้วบวก ขนาดของμเจ็บแสดงเป็น debye (3.34 × 10^-30 ซีเอ็ม.

ไดโพลถาวรสามารถโต้ตอบกับโมเลกุลที่เป็นกลางซึ่งก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในการกระจายทางอิเลคโทรนิคของมันซึ่งมีต้นกำเนิดในโมเลกุลนี้.

ไดโพลถาวรและไดโพลที่เหนี่ยวนำสามารถโต้ตอบทางไฟฟ้าทำให้เกิดแรงไฟฟ้า การโต้ตอบประเภทนี้เรียกว่าการเหนี่ยวนำและกองกำลังที่กระทำการนั้นเรียกว่าแรงเดอบี.

กองกำลังลอนดอนหรือการกระจาย

ธรรมชาติของแรงดึงดูดที่น่าดึงดูดเหล่านี้อธิบายโดยกลศาสตร์ควอนตัม ลอนดอนตั้งสมมติฐานว่าในทันทีในโมเลกุลที่เป็นกลางทางไฟฟ้าศูนย์กลางของประจุลบของอิเล็กตรอนและศูนย์กลางของประจุบวกของนิวเคลียสอาจไม่ตรงกัน.

จากนั้นความผันผวนของความหนาแน่นทางอิเล็กทรอนิคส์ทำให้โมเลกุลทำงานเหมือนไดโพลชั่วคราว.

สิ่งนี้ไม่ได้เป็นคำอธิบายสำหรับแรงดึงดูดที่น่าดึงดูดใจ แต่ dipoles ชั่วคราวสามารถกระตุ้นให้เกิดการโพลาไรเซชันที่เรียงตัวกันของโมเลกุลที่อยู่ติดกันอย่างเหมาะสม แรงดึงดูดที่เกิดขึ้นจากความผันผวนทางอิเล็กทรอนิกส์เรียกว่าแรงของลอนดอนหรือการกระจายตัว.

กองกำลัง Van der Waals นำเสนอ anisotropy ซึ่งเป็นเหตุผลที่พวกเขาได้รับอิทธิพลจากการวางแนวของโมเลกุล อย่างไรก็ตามการโต้ตอบประเภทการกระจายนั้นน่าดึงดูดอยู่เสมอ.

กองกำลังของลอนดอนแข็งแกร่งขึ้นเมื่อขนาดของโมเลกุลหรืออะตอมเพิ่มขึ้น.

ในฮาโลเจนโมเลกุล F₂ และ Cl₂ ของเลขอะตอมต่ำคือก๊าซ The Br₂ ของเลขอะตอมมากขึ้นเป็นของเหลวและฉัน₂, ฮาโลเจนที่มีเลขอะตอมมากกว่าจะมีอุณหภูมิคงที่.

การเพิ่มเลขอะตอมจะเพิ่มจำนวนอิเล็กตรอนที่มีอยู่ซึ่งจะช่วยอำนวยความสะดวกในการแบ่งขั้วของอะตอมดังนั้นปฏิสัมพันธ์ระหว่างพวกเขา สิ่งนี้จะกำหนดสถานะทางกายภาพของฮาโลเจน.

วิทยุโดย Van der Waals

ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลและระหว่างอะตอมสามารถดึงดูดหรือน่ารังเกียจขึ้นอยู่กับระยะทางที่สำคัญระหว่างศูนย์ของพวกเขาซึ่งเรียกว่า r_{โวลต์}.

ที่ระยะห่างระหว่างโมเลกุลหรืออะตอมที่มากกว่า r_{โวลต์}, แรงดึงดูดระหว่างนิวเคลียสของหนึ่งโมเลกุลและอิเล็กตรอนของอีกอันหนึ่งครอบงำมากกว่าแรงผลักดันระหว่างนิวเคลียสและอิเล็กตรอนของโมเลกุลทั้งสอง.

ในกรณีที่อธิบายไว้การมีปฏิสัมพันธ์นั้นน่าสนใจ แต่เกิดอะไรขึ้นถ้าโมเลกุลเข้าหาระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางของพวกมันน้อยกว่า rv จากนั้นแรงผลักกลับจะครอบงำเหนือแรงดึงดูดซึ่งตรงกันข้ามกับวิธีการที่มากขึ้นระหว่างอะตอม.

ค่าของ r_{โวลต์} ได้รับจากวิทยุที่เรียกว่า Van der Waals (R) สำหรับโมเลกุลทรงกลมและเหมือนกัน r_{โวลต์} เท่ากับ 2R สำหรับสองโมเลกุลที่แตกต่างกันของ radii R₁ และ R₂: r_{โวลต์} เท่ากับ R₁ +  R₂. ค่าของวิทยุแวนเดอร์วาลส์จะได้รับในตารางที่ 1.

ค่าที่กำหนดในตารางที่ 1 ระบุรัศมี Van Van Waals เป็น 0.12 nm (10^-9 m) สำหรับไฮโดรเจน จากนั้นค่าของ r_{โวลต์}  สำหรับอะตอมนี้มันคือ 0.24 นาโนเมตร สำหรับค่า r_{โวลต์} น้อยกว่า 0.24 nm จะสร้างแรงผลักระหว่างอะตอมไฮโดรเจน.

แรงและพลังงานของปฏิกิริยาทางไฟฟ้าระหว่างอะตอมและระหว่างโมเลกุล

แรงระหว่างสองประจุที่₁ และ q₂, แยกจากกันในสุญญากาศด้วยระยะทาง r โดยกฎของคูลอมบ์.

F = k Q₁.Q₂/ r²

ในนิพจน์นี้ k คือค่าคงที่ซึ่งค่าขึ้นอยู่กับหน่วยที่ใช้ หากค่าของแรงที่ได้รับจากการใช้กฎของคูลอมบ์นั้นเป็นค่าลบแสดงว่าเป็นแรงดึงดูด ในทางตรงกันข้ามถ้าค่าที่กำหนดสำหรับแรงเป็นบวกมันจะบ่งบอกถึงแรงผลักดัน.

เนื่องจากโมเลกุลมักจะอยู่ในตัวกลางที่เป็นเกราะป้องกันแรงไฟฟ้าที่ออกแรงจึงจำเป็นต้องแนะนำค่าคงที่ไดอิเล็กตริก (electric) ดังนั้นค่าคงที่นี้จะแก้ไขค่าที่กำหนดสำหรับแรงไฟฟ้าโดยการใช้กฎของคูลอมบ์.

F = k.q₁.Q₂/ε.r²

ในทำนองเดียวกันพลังงานสำหรับปฏิกิริยาทางไฟฟ้า (U) จะได้รับจากการแสดงออก:

U = k Q₁.Q₂/ε.r

การอ้างอิง

1. บรรณาธิการสารานุกรมบริแทนนิกา (2018) กองกำลัง Van der Waals สืบค้นเมื่อวันที่ 27 พฤษภาคม 2018 จาก: britannica.com
2. วิกิพีเดีย (2017) กองกำลัง Van der Waals สืบค้นเมื่อวันที่ 27 พฤษภาคม 2018 จาก: en.wikipedia.org
3. Kathryn Rashe, Lisa Peterson, Seila Buth, Irene Ly. กองกำลัง Van der Waals. สืบค้นเมื่อวันที่ 27 พฤษภาคม 2018 จาก: chem.libretexts.org
4. Morris, J. G. (1974) เคมีเชิงฟิสิกส์ของนักชีววิทยา 2 และรุ่น Edward Arnold (ผู้จัดพิมพ์) จำกัด.
5. แมทธิวส์ซี. เค. แวนโฮลด์เค และเฮิร์นเค. กรัม (2545) ชีวเคมี ฉบับที่สาม Addison Wesley Longman, Inc..