- التفاعلات الكهربائية بين الجزيئات
- التفاعل بين ثنائيات القطب الدائمة
- التفاعل بين ثنائي القطب الدائم وثنائي القطب المستحث
- قوات لندن أم تشتت
- راديو فان دير فال
- قوى وطاقة التفاعل الكهربائي بين الذرات وبين الجزيئات
- المراجع
و قوى فان دير فالس هي القوى بين الجزيئات الكهربائية في الطبيعة التي يمكن أن تكون جذابة أو مثيرة للاشمئزاز. يوجد تفاعل بين أسطح الجزيئات أو الذرات ، يختلف في جوهره عن الروابط الأيونية والتساهمية والمعدنية التي تتشكل داخل الجزيئات.
على الرغم من ضعف هذه القوى ، إلا أنها قادرة على جذب جزيئات الغاز ؛ وكذلك الغازات المسالة والمجمدة وجميع السوائل العضوية والمواد الصلبة. كان يوهانس فان دير فال (1873) هو من طور نظرية لشرح سلوك الغازات الحقيقية.
في ما يسمى بمعادلة Van der Waals للغازات الحقيقية - (P + an 2 / V 2) (V - nb)) = nRT- يتم إدخال ثابتين: الثابت b (أي الحجم الذي تشغله جزيئات gas) و "a" ، وهو ثابت تجريبي.
يصحح الثابت "a" الانحراف عن السلوك المتوقع للغازات المثالية عند درجات الحرارة المنخفضة ، حيث يتم تحديد قوة التجاذب بين جزيئات الغاز. تزداد قدرة الذرة على الاستقطاب في الجدول الدوري من أعلى المجموعة إلى أسفلها ، ومن اليمين إلى اليسار خلال فترة زمنية.
مع زيادة العدد الذري - وبالتالي عدد الإلكترونات - من الأسهل تحريك تلك الموجودة في الأغلفة الخارجية لتشكيل العناصر القطبية.
التفاعلات الكهربائية بين الجزيئات
التفاعل بين ثنائيات القطب الدائمة
هناك جزيئات محايدة كهربائيًا ، وهي ثنائيات أقطاب دائمة. ويرجع ذلك إلى اضطراب في التوزيع الإلكتروني ينتج عنه فصل مكاني بين الشحنات الموجبة والسالبة باتجاه طرفي الجزيء ، مكونًا ثنائي القطب (كما لو كان مغناطيسًا).
يتكون الماء من ذرتين هيدروجين في أحد طرفي الجزيء وذرة أكسجين في الطرف الآخر. الأكسجين له تقارب أعلى للإلكترونات من الهيدروجين ويجذبها.
ينتج عن هذا إزاحة للإلكترونات نحو الأكسجين ، تاركًا هذا مشحونًا سالبًا والهيدروجين مشحونًا بشكل إيجابي.
يمكن أن تتفاعل الشحنة السالبة لجزيء الماء كهربائياً مع الشحنة الموجبة لجزيء ماء آخر مما يتسبب في جذب كهربائي. وبالتالي ، فإن هذا النوع من التفاعل الكهروستاتيكي يسمى قوى كيسوم.
التفاعل بين ثنائي القطب الدائم وثنائي القطب المستحث
يعرض ثنائي القطب الدائم ما يسمى العزم ثنائي القطب (µ). يتم تحديد حجم العزم ثنائي القطب من خلال التعبير الرياضي:
µ = qx
q = شحنة كهربائية.
س = المسافة المكانية بين القطبين.
العزم ثنائي القطب هو ناقل يتم تمثيله ، وفقًا للاتفاقية ، موجهًا من القطب السالب إلى القطب الموجب. حجم μ يسىء للتعبير في ديباي (3.34 × 10 -30 سم
يمكن أن يتفاعل ثنائي القطب الدائم مع جزيء محايد مما يتسبب في حدوث تغيير في توزيعه الإلكتروني ، مما يؤدي إلى حدوث ثنائي القطب في هذا الجزيء.
يمكن أن يتفاعل ثنائي القطب الدائم وثنائي القطب المستحث كهربائيًا ، مما ينتج عنه قوة كهربائية. يُعرف هذا النوع من التفاعل بالحث ، والقوى المؤثرة عليه تسمى قوى ديباي.
قوات لندن أم تشتت
يتم شرح طبيعة هذه القوى الجذابة من خلال ميكانيكا الكم. افترضت لندن أنه في لحظة ، في الجزيئات المحايدة كهربائيًا ، قد لا يتطابق مركز الشحنات السالبة للإلكترونات ومركز الشحنات الموجبة للنواة.
لذا فإن تذبذب كثافة الإلكترون يسمح للجزيئات بالتصرف على أنها ثنائيات أقطاب مؤقتة.
هذا ليس في حد ذاته تفسيرًا للقوى الجذابة ، لكن ثنائيات الأقطاب المؤقتة يمكن أن تحفز استقطابًا ملائمًا للجزيئات المجاورة ، مما يؤدي إلى توليد قوة جذابة. تسمى القوى الجذابة الناتجة عن التقلبات الإلكترونية بقوى لندن أو التشتت.
تظهر قوى فان دير فال تباين الخواص ، وهذا هو سبب تأثرها بتوجيه الجزيئات. ومع ذلك ، فإن التفاعلات من نوع التشتت دائمًا ما تكون جذابة في الغالب.
تصبح قوى لندن أقوى مع زيادة حجم الجزيئات أو الذرات.
في الهالوجينات، و العدد الذري المنخفض F 2 والكلورين 2 الجزيئات هي الغازات. والأخ 2 وفقا لأعلى العدد الذري هو السائل وI 2 ، الهالوجين مع أكبر عدد ذري، هو مادة صلبة في درجة حرارة الغرفة.
مع زيادة العدد الذري ، يزداد عدد الإلكترونات الموجودة ، مما يسهل استقطاب الذرات وبالتالي التفاعلات بينها. هذا يحدد الحالة الفيزيائية للهالوجينات.
راديو فان دير فال
يمكن أن تكون التفاعلات بين الجزيئات وبين الذرات جذابة أو مثيرة للاشمئزاز ، اعتمادًا على المسافة الحرجة بين مراكزها ، والتي تسمى r v.
في المسافات بين الجزيئات أو الذرات الأكبر من r v ، يسود التجاذب بين نوى جزيء واحد وإلكترونات الآخر على التنافر بين النوى وإلكترونات الجزيئين.
في الحالة الموصوفة ، يكون التفاعل جذابًا ، لكن ماذا يحدث إذا اقتربت الجزيئات على مسافة بين مراكزها أقل من rv؟ ثم تسود القوة الطاردة على القوة الجذابة ، والتي تعارض الاقتراب الأقرب بين الذرات.
يتم إعطاء قيمة r v بواسطة ما يسمى نصف قطر Van der Waals (R). بالنسبة للجزيئات الكروية والمطابقة ، فإن r v يساوي 2R. لجزيئين مختلفين من نصف القطر R 1 و R 2: r v يساوي R 1 + R 2. ترد قيم نصف قطر Van der Waals في الجدول 1.
تشير القيمة الواردة في الجدول 1 إلى أن نصف قطر Van der Waals يبلغ 0.12 نانومتر (10 -9 م) للهيدروجين. إذن ، قيمة r v لهذه الذرة هي 0.24 نانومتر. لقيمة r v أقل من 0.24 نانومتر سيكون هناك تنافر بين ذرات الهيدروجين.
الجدول 1. فان دير فالس نصف قطر بعض الذرات ومجموعات الذرات.
قوى وطاقة التفاعل الكهربائي بين الذرات وبين الجزيئات
القوة بين زوج من الشحنات q 1 و q 2 ، مفصولة في الفراغ عن طريق المسافة r ، معطاة في قانون كولوم.
F = ك. ف 1.q 2 / ص 2
في هذا التعبير k ثابت تعتمد قيمته على الوحدات المستخدمة. إذا كانت قيمة القوة - المعطاة من خلال تطبيق قانون كولوم - سالبة ، فإنها تشير إلى قوة جذابة. على العكس من ذلك ، إذا كانت القيمة المعطاة للقوة موجبة ، فهذا يدل على وجود قوة طاردة.
نظرًا لأن الجزيئات عادة ما تكون في وسط مائي يحمي القوى الكهربائية المبذولة ، فمن الضروري إدخال مصطلح ثابت العزل (ε). وهكذا ، فإن هذا الثابت يصحح القيمة المعطاة للقوى الكهربائية من خلال تطبيق قانون كولوم.
F = kq 1.q 2 /ε.r 2
وبالمثل ، يتم إعطاء طاقة التفاعل الكهربائي (U) من خلال التعبير:
يو = ك. س 1.q 2 /ε.r
المراجع
- محررو Encyclopaedia Britannica. (2018). قوات فان دير فال. تم الاسترجاع في 27 مايو 2018 ، من: britannica.com
- ويكيبيديا. (2017). قوات فان دير فال. تم الاسترجاع في 27 مايو 2018 من: es.wikipedia.org
- كاثرين راش ، ليزا بيترسون ، سيلا بوث ، إيرين لي. قوات فان دير فال. تم الاسترجاع في 27 مايو 2018 من: chem.libretexts.org
- موريس ، جي جي (1974) الكيمياء الفيزيائية لعالم الأحياء. 2 و الطبعة. إدوارد أرنولد (ناشرون) المحدودة.
- ماثيوز ، سي كي ، فان هولدي ، كيه إي وأهيرن ، كغ (2002) الكيمياء الحيوية. الطبعة الثالثة. أديسون ويسلي لونجمان ، إنك.