Введение
Центральным понятием химии является химическая связь. Связи в молекулах органических веществ бывают ионными и ковалентными. Но помимо них существуют и другие формы взаимодействия, которые сильно влияют на физические свойства и реакционную способность веществ.
Цель: рассмотреть слабые межмолекулярные взаимодействия в органических соединениях.
Задачи:
1. Что такое межмолекулярные взаимодействия в органических соединениях.
2. Рассмотреть виды слабых межмолекулярных взаимодействий.
3. Привести примеры таких взаимодействий.
4. Сделать вывод о том, как влияют слабые межмолекулярные взаимодействия на химические и физические свойства органических соединений.
Понятие о межмолекулярном взаимодействии
МЕЖМОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ - взаимодействие молекул между собой, не приводящее к разрыву или образованию новых химических связей. Межмолекулярное взаимодействие определяет отличие реальных газов от идеальных, существование жидкостей и молекулярных кристаллов. От межмолекулярного взаимодействия зависят многие структурные, спектральные, термодинамические, и другие свойства веществ. Появление понятия межмолекулярного взаимодействия связано с именем Й. Д. Ван-дер-Ваальса. Поэтому силы межмолекулярного взаимодействия часто называют ван-дер-ваальсовыми.
Виды межмолекулярных взаимодействий
1. Электростатические силы притяжения и силы отталкивания) - взаимодействие нейтральных молекул. Электростатическое притяжение между ядрами одной молекулы и электронами другой частично компенсируются взаимным отталкиванием ядер и электронов обеих молекул. Действуют на близком расстоянии (0.3-0.5) нм и быстро ослабевают при удалении молекул друг от друга. Межмолекулярное электростатическое притяжение называют силами Ван -- дер -- Ваальса. Они имеют ряд отличий от химических связей, так ка они: электрической природы; слабые; проявляются на больших расстояниях; ненасыщаемы. Электростатическое притяжение характеризуется тремя типами межмолекулярного взаимодействия:
1.1 Ориентационное (или диполь-дипольное) взаимодействие – характеризуется взаимной ориентацией разноименнозаряженных полюсов полярных молекул при их приближении друг к другу Энергия такого взаимодействия определяется электрическим дипольным моментом молекул. Чем выше дипольный момент и меньше расстояние между молекулами, тем больше энергия взаимодействия.
1.2 Поляризационное (индукционное) взаимодействие – Обусловлено электростатическим взаимодействием полярной и неполярной молекул. Полярная молекула своим полем воздействует на неполярную, в результате чего появляется наведенный (индуцированный) диполь, способный притягиваться к диполю полярной молекулы. Индуцированный диполь усиливает дипольный момент полярной молекулы. Энергия такого взаимодействия определяется электрическим диполем полярной молекулы и поляризуемостью неполярной молекулы.
1.3 Дисперсионное взаимодействие – появляется, как результат притяжения мгновенных диполей (микродиполей). Такие диполи появляются, если не совпадают электрические центры тяжести электронного облака и ядер, что вызвано их независимыми колебаниями. Одновременное появление и исчезновение микродиполей молекул сопровождается их притяжением. Если синхронность отсутствует, происходит отталкивание. Дисперсионное взаимодействие может проявляться между любыми молекулами, а потому является универсальным.
2. Водородная связь (Н-связь)– возникает между двумя электроотрицательными атомами через атом водорода. Ее суть. Атом водорода, ковалентно связанный с электроотрицательным атомом, несет относительно высокий положительный заряд и электростатически притягивается электроотрицательным атомом другой молекулы с образованием водородной связи. Н-связи характерны для групп типа: –ОН, -NH (например, целлюлоза и биополимер хитозан) и др. Для образование водородной связи электроотрицательные атомы должны сблизиться на определенное расстояние порядка (0.25 – 0.30) нм. По энергии водородные связи условно подразделяют на «слабые» (<15 кДж/моль), “средние” (15 – 30 кДж/моль) и «сильные» (до 60 – 80 кДж/моль). В органических соединениях Н-связи обычно относятся к слабым и средним. Водородные связи легко возникают и легко разрываются при комнатной температуре вследствие своей непрочности. Межмолекулярные водородные связи приводят к изменению некоторых свойств веществ. Повышаются: вязкость вещества; температура кипения и плавления; теплоты плавления и парообразования; диэлектрическая постоянная.
Примеры межмолекулярных взаимодействий в органических соединениях.
1) Пример а - внутри- и б- межмолекулярных водородных связей в целлюлозе
2) Индукционное взаимодействие:
3) Ориентационное (или диполь-дипольное) взаимодействие:
4) Дисперсионное взаимодействие:
Вывод
В данном реферате я изучила явление межмолекулярного взаимодействия, рассмотрела виды межмолекулярного взаимодействия. Выяснила, как влияют межмолекулярные взаимодействия на физические свойства соединений, например, диполь-дипольное притяжение обусловливает втягивание молекул воды с поверхности внутрь жидкости. Это объясняет существование вогнутого мениска воды в стеклянном стакане, а также сферическую форму капель воды. Водородная связь в некоторых соединениях объясняет аномально высокие значения их температур плавления и кипения. Ярким примером индукционного влияния у спиртов служит различие свойств триметилкарбинола и трифторметилдиметилкарбинола:
В то время как первый представляет собой один из наименее кислых спиртов, второй является кислотой, вытесняющей угольную кислоту из ее солей. Ван-дер-ваальсовы силы оказывают значительное влияние на многие физические свойства веществ (теплоту испарения жидкости либо теплоту возгонки кристалла, температуры плавления и кипения), а также на количественные характеристики некоторых химических реакций: тепловой эффект и энергию активации (температура активации либо минимальная для активизации реакции частота излучения) образования и диссоциации молекулярных комплексов, молекул и сложных ионов.
Литература
1. https://benschoolcountry.grodno.unibel.by/general_and_inorganic_chemistry/page29.html
2. https://www.xumuk.ru/encyklopedia/2477.html
3. https://helpiks.org/6-37823.html
4. https://studfiles.net/preview/4246206/page:4/
5. https://him.1september.ru/article.php?id=200003301
6. https://textarchive.ru/c-2121317-p2.html
7. https://spravochnick.ru/himiya/vnutri-_i_mezhmolekulyarnye_vzaimodeystviya/vidy_mezhmolekulyarnyh_sil_prityazheniya/
8. https://www.himikatus.ru/art/ch-act/0116.php
9. https://www.xumuk.ru/organika/37.html
10. https://benschoolcountry.grodno.unibel.by/general_and_inorganic_chemistry/page29.html