该范德华力是分子间力电器在性质,可以是吸引或排斥。分子或原子表面之间存在相互作用,本质上与分子内部形成的离子键,共价键和金属键不同。
尽管这些力很弱,但它们能够吸引气体分子。以及液化和固化的气体,以及所有有机液体和固体的气体。约翰内斯·范德华(Johannes Van der Waals,1873年)提出了一种理论来解释真实气体的行为。
在所谓的真实气体范德华方程中-(P + an 2 / V 2)(V-nb))= nRT-引入了两个常数:常数b(即,气体分子占据的体积)气体)和“ a”,这是一个经验常数。
常数“ a”可校正与理想气体在低温下的预期行为之间的偏差,精确地表示了气体分子之间的吸引力。原子在周期表中极化的能力从一个组的顶部到其底部,并在一个周期中从右到左增加。
随着原子序数的增加-因此电子数的增加-位于外壳中的原子更容易移动以形成极性元素。
分子间电相互作用
永久偶极子之间的相互作用
有电中性分子,它们是永久偶极子。这是由于电子分布中的扰动导致正电荷和负电荷朝着分子的末端空间分离,从而构成了偶极子(就好像它是一块磁铁)。
水在分子的一端由2个氢原子组成,在另一端由一个氧原子组成。氧对电子的亲和力比氢高,并能吸引电子。
这会产生电子向氧气的位移,使该电荷带负电而氢带正电。
水分子的负电荷可以与另一个水分子的正电荷发生静电相互作用,从而引起电吸引。因此,这种类型的静电相互作用称为Keesom力。
永久偶极与感应偶极之间的相互作用
永久偶极子具有所谓的偶极矩(µ)。偶极矩的大小由以下数学表达式给出:
µ = qx
q =电荷。
x =两极之间的空间距离。
偶极矩是一个矢量,按照惯例,它表示为从负极到正极。µ的伤害值表示为德拜(3.34×10 -30 Cm
永久偶极子可以与中性分子相互作用,导致其电子分布发生变化,从而在该分子中产生感应偶极子。
永久偶极子和感应偶极子可以电相互作用,从而产生电力。这种相互作用称为感应,作用在其上的力称为德拜力。
伦敦势力或分散
这些吸引力的性质由量子力学解释。伦敦假设,在瞬间,电中性分子的电子负电荷中心与原子核正电荷中心可能不会重合。
因此,电子密度的波动使分子表现为临时偶极子。
这本身不是吸引力的解释,但是临时偶极子可以引起相邻分子的正确排列的极化,从而产生吸引力。电子波动产生的吸引力称为伦敦力或色散。
范德华力显示出各向异性,这就是为什么它们受分子方向影响的原因。但是,分散型相互作用始终是最有吸引力的。
伦敦势力随着分子或原子尺寸的增加而增强。
在卤素中,低原子序数F 2和Cl 2分子是气体。原子序数最高的Br 2是液体,而原子序数最高的卤素I 2在室温下是固体。
随着原子序数的增加,存在的电子数也会增加,这有利于原子的极化,因此也有利于原子之间的相互作用。这决定了卤素的物理状态。
范德华收音机
分子之间以及原子之间的相互作用可以吸引或排斥,这取决于它们中心之间的临界距离,称为r v。
在大于r v的分子或原子之间的距离处,一个分子的原子核与另一个分子的电子之间的吸引力占主导地位,而原子核与两个分子的电子之间的排斥力占主导地位。
在所描述的情况下,相互作用是有吸引力的,但是如果分子在其中心之间的距离小于rv时会发生什么呢?然后,排斥力凌驾于吸引力之上,而吸引力则与原子之间的更近距离相反。
r v的值由所谓的范德华半径(R)给出。对于球形且相同的分子,r v等于2R。对于两个不同半径的分子,R 1和R 2:r v等于R 1 + R 2。表1给出了范德华半径的值。
表1中给出的值表示氢的范德华半径为0.12 nm(10 -9 m)。因此,该原子的r v值为0.24 nm。当r v的值小于0.24 nm时,氢原子之间会相互排斥。
表1.一些原子和原子组的范德华半径。
原子之间以及分子之间的电相互作用的力和能量
一对电荷q 1和q 2之间的力在真空中隔开距离r,由库仑定律给出。
F = k。q 1.q 2 / r 2
在该表达式中,k是一个常数,其值取决于所使用的单位。如果通过应用库仑定律得出的力的值为负,则表明是吸引力。相反,如果给定的力值为正,则表示排斥力。
由于分子通常在屏蔽施加的电势的水性介质中,因此有必要引入术语介电常数(ε)。因此,该常数通过应用库仑定律校正了给定的电力值。
F = KQ 1.Q 2 /ε.r 2
类似地,电相互作用(U)的能量由以下表达式给出:
U = k。q 1.q 2/ ε.r
参考文献
- 大英百科全书的编辑。(2018)。范德华力。检索于2018年5月27日,来自:britannica.com
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