Молекулааралық байланыстар. Химия, 10 сынып, сабақ жоспары.

Қысқа мерзімді жоспар

Қосымша 1.

Электрлік қасиеті жағынан бейтарап молекулалар немесе атомдар арасындағы өзара әсер. Молекула аралық өзара әсер молекула аралық қашықтыққа тәуелді және өзара әсердің потенциалдық энергиясы арқылы өрнектеледі. Заттардың көптеген қасиеттері мен агрегаттық күйі осы шамасы арқылы анықталады. Молекула аралық өзара әсер ұғымын (1873) голланд ғалымы Я. Д. Ван-дер-Ваальс нақты газдар мен сұйықтықтардың қасиетін түсіндіруге қолданды. Бұл күштер реалды газды идеалды газдардан ажыратады, сұйықтықтар мен молекулалық кристалдардың бар екендігін көрсетеді. Қосылыстардың құрылымдық, спектральды және басқа да қасиеттерін осы күштерге тәуелді болып келеді.

Ван-дер-ваальс күштерінің негізінде бір молекуладағы электрондар мен ядролардың және өзге екінші бір молекула мен электрондардың өзара кулондық әсерлесуі жатыр. Молекула арасындағы кұштер белгілі бір қашықтықта тартылады және тебіледі, нәтижесінде теңдікке келеді, сәйкесінше біртұтас тұрақты жүйе пайда болады.

Ван-дер-ваальс күштері химиялық байланысқа қарағанда әлсіз болып келеді. Мысалы, хлор молекуласындағы хлор атомын ұстап түрған күш хлор молекуласын Cl₂  өзара байланыстырып тұрған күшке қарағанда 10 есе жоғары болып келеді. Дегенмен, осы әлсіз молекулааралық тартылыс аүші болмаса, сұйық және қатты хлорды алу мүмкін емес.

Ориентациялық (бағыты бар) әсерлесу.

Ауырлық күші оң және теріс зарядты молекулалар, мысалы HCl, H₂O, NH₃ өзара бағытталған кезде, заряды бар ұштары әр аттас зарядталып орналасады да, өзара тастырылыс пайда болады.

Екі дипольдың әсерлесуі кезіндегі өзара тартылыс күші (Кеезом энергиясы) келесі қатынас түрінде сипат алады:

E_К = −2 μ₁ μ₂ / 4π ε₀ r³,

Мұндағы, μ₁ және μ₂ – әсерлесуші дипольдердің дипольдік моменті;

r – дипольдердің ара қашықтығы.

Диполь-дипольдік тартылыс – тартылыс күші молекулалардың жылулық энергиясынан жоғары болған жағдайда ғана жүзеге асады; әдетте бұндай құбылыс қатты және сұйық заттарда орын алады. Диполь-дипольдік әсерлесу полярлы сұйықтықтарда (су, фторсутек) байқалады.

Индукциялық әсерлесу.

Егер полярлы молекула қасында полярсыз молекула болатын болса, онда ол міндетті түрде әсер етеді. Бейтарап бөлшектің сыртқы қабат әсерінен (дипольды бағыттау) полярлануы молекуланың полярлану қасиеті γ арқасында жүзеге асады. Тұрақты диполь полярлы емес молекулада зарядтардың дипольды бөлуін тудыруы мүмкін. Поляр молекуласының зарядталған ұштарының әрекеті кезінде полярлы емес молекулалардың электронды бұлттары оң зарядпен және терісінен алшақ кетеді. Полярлы емес молекула полярлыққа айналады, молекулалар екі полярлы молекуладан әлдеқайда әлсіз болып келеді.

Тұрақты және индуцияланған диполдың (Debye энергиясы) арасындағы тартылыстың энергиясы келесі өрнекпен анықталады:

E_Д = −2 μ_нав² γ / r⁶,

Мұндағы, μ_нав – бағытталған диполь моменті.

Үздіксіз және дипольді дипольдің тартылуы әдетте молекуланың поляризациялық құбылыстары шағын болғандықтан өте әлсіз. Бұл тек қана диполь арасындағы қысқа ара қашықтықта ғана жүзеге асады. Әсерлесудің мұндай түрі негізінен полярлы қосылыстардың полярсыз ерітіндіде болған кезінде ғана жүзеге асады.

Дисперсиялық өзара әрекеттесу

Полярлы емес молекулалардың арасында тартымдылық болуы мүмкін. Тұрақты қозғалыстағы электрондардың бір сәтте молекуланың бір жағында шоғырланады, яғни полярлы емес бөлшек поляр болады. Бұл зарядтардың көрші молекулаларда қайта бөлінуіне әкеледі, ал олардың арасындағы қысқа мерзімді облигациялар келесі түрде белгіленеді:

Энергия такого взаимодействия (энергия Лондона) дается соотношением:

E_Л = −2 μ_мгн² γ² / r⁶,

Мұндағы, μ_мгн - лездік диполь моменті.

Лондонның полярлы емес бөлшектер (атомдар, молекулалар) арасындағы тартылыс күштері өте қысқа. Мұндай тартылыстың энергетикалық шамалары бөлшектердің өлшеміне және индуцирленген дипольдарда электрондардың санына байланысты. Бұл байланыстар өте әлсіз - барлық молекулааралық өзара әрекеттесудің ішіндегі ең әлсізі болып табылады. Алайда, олар әмбебап болып табылады, өйткені олар кез-келген молекулалар арасында пайда болады.

Молекулааралық тебілу

Егер молекулалар бір-біріне ғана тартылса, бұл оларды біріктіруге әкелген болар еді. Бірақ өте кішкентай қашықтықта олардың электрондық қабығы қашуға мәжбүр болады. Өкініштің энергиясы өрнекпен беріледі

E = + k / rⁿ,

где k – тебілу тұрақтысы, , n әртүрлі бүтін мәндерді алады (5-15). Межмолекулярлық қуғындау күштері өте аз қашықтықта әрекет етеді.

Тұрақты температурада молекулярлы өзара әрекеттесудің жалпы теңдеуі (Леннард-Джонсон теңдеуі) көптеген жағдайда келесі түрде жазылады:

E_M = − a / r⁶ + b / r¹²