ما هي قوات فان دير فال؟



ال قوات فان دير فال إنها قوى جزيئية ذات طبيعة كهربائية يمكن أن تكون جذابة أو مثيرة للاشمئزاز. هناك تفاعل بين أسطح الجزيئات أو الذرات ، يختلف في جوهره عن الروابط الأيونية والتساهمية والمعدنية التي تتشكل داخل الجزيئات.

على الرغم من ضعفها ، إلا أن هذه القوى قادرة على جذب جزيئات الغازات ؛ أيضا من الغازات المسالة والصلبة وتلك من جميع السوائل والمواد الصلبة العضوية. كان يوهانس فان دير فالس (1873) هو الشخص الذي طور نظرية لشرح سلوك الغازات الحقيقية.

في ما يسمى معادلة Van der Waals للغازات الحقيقية - (P +  إلىن2/ الخامس2) (الخامس - نب)) = nRT- يتم تقديم ثوابتين: الثابت b (أي ، الحجم الذي تشغله جزيئات الغاز) و "a" ، وهو ثابت تجريبي.

الثابت "a" يصحح انحراف السلوك المتوقع للغازات المثالية في درجات حرارة منخفضة ، على وجه التحديد حيث يتم التعبير عن قوة الجذب بين جزيئات الغازات. تزداد قدرة الذرة على الاستقطاب في الجدول الدوري لأعلى المجموعة إلى أسفل ذلك ، ومن اليمين إلى اليسار في فترة.

من خلال زيادة العدد الذري - وبالتالي عدد الإلكترونات - تلك الموجودة في الطبقات الخارجية تكون أسهل في الحركة لتشكيل عناصر قطبية.

مؤشر

  • 1 التفاعلات الكهربائية بين الجزيئات
    • 1.1 التفاعل بين ثنائيات القطب الدائمة
    • 1.2 التفاعل بين ثنائي القطب الدائم وثنائي القطب المستحث
  • 2 قوات لندن أو التشتت
  • 3 فان دير فالس لاسلكي
  • 4 قوى وطاقة التفاعل الكهربائي بين الذرات وبين الجزيئات
  • 5 المراجع

التفاعلات الكهربائية بين الجزيئات

التفاعل بين ثنائيات الاقطاب الدائمة

هناك جزيئات محايدة كهربائيا ، وهي ثنائيات أقطاب دائمة. ويرجع ذلك إلى حدوث اضطراب في التوزيع الإلكتروني ينتج فصلًا مكانيًا للشحنة الموجبة والسالبة باتجاه نهايات الجزيء ، ويشكل ثنائي القطب (كما لو كان مغنطيسًا).

يتكون الماء من ذرتين هيدروجين في أحد أطراف الجزيء وذرة أكسجين في الطرف الآخر. الأكسجين لديه تقارب أكبر للإلكترونات من الهيدروجين ويجذبهم.

ينتج عن ذلك إزاحة الإلكترونات باتجاه الأكسجين ، حيث تكون هذه الشحنة سالبة والهيدروجين بشحنة موجبة.

يمكن للشحنة السالبة لجزيء الماء أن تتفاعل كهربيًا مع الشحنة الموجبة لجزيء ماء آخر مما يتسبب في جذب كهربائي. وهكذا ، يسمى هذا النوع من التفاعل الكهربائي قوى كيسوم.

التفاعل بين ثنائي القطب الدائم وثنائي القطب المستحث

يعرض ثنائي القطب الدائم ما يسمى لحظة ثنائي القطب (μ). يعطى حجم اللحظة ثنائي القطب بالتعبير الرياضي:

μ = q.x

ف = الشحنة الكهربائية.

س = المسافة المكانية بين القطبين.

تعتبر لحظة ثنائي القطب عبارة عن ناقل يمثل ، من خلال التقاليد ، اتجاهًا موجهًا من القطب السلبي نحو القطب الموجب. حجم μ يؤلم في التعبير عن debye (3.34 × 10-30 C. M.

يمكن أن يتفاعل ثنائي القطب الدائم مع جزيء محايد يسبب تغيرًا في توزيعه الإلكتروني ، حيث ينشأ في هذا الجزيء ثنائي القطب المستحث.

يمكن أن يتفاعل ثنائي القطب الدائم مع ثنائي القطب المستحث كهربائيا ، مما ينتج عنه قوة كهربائية. يُعرف هذا النوع من التفاعل باسم الحث والقوى التي تعمل عليه تُسمى قوى ديبي..

قوات لندن أو التشتت

وأوضح طبيعة هذه القوى الجذابة من قبل ميكانيكا الكم. افترضت لندن أنه في لحظة ، في الجزيئات المحايدة كهربائياً ، قد لا يتزامن مركز الشحنات السلبية للإلكترونات ومركز الشحنات الإيجابية للنواة..

ثم ، يسمح تقلب الكثافة الإلكترونية للجزيئات بالتصرف مثل ثنائيات القطب المؤقتة.

هذا ليس في حد ذاته تفسيرا للقوى الجذابة ، ولكن يمكن للثنائيات ثنائية القطب أن تحفز الاستقطاب المحاذاة بشكل صحيح للجزيئات المجاورة ، مما يؤدي إلى توليد قوة جذابة. القوى الجذابة الناتجة عن التقلبات الإلكترونية تسمى قوات لندن أو التشتت.

تمثل قوى فان دير فال تباينًا ، وهذا هو السبب في تأثرها بتوجه الجزيئات. ومع ذلك ، فإن تفاعلات نوع التشتت تكون جذابة دائمًا.

تزداد قوة قوى لندن مع زيادة حجم الجزيئات أو الذرات.

في الهالوجينات ، جزيئات F2 و Cl2 من الأرقام الذرية المنخفضة هي الغازات. ذا برا2 أكبر عدد ذري ​​هو السائل وأنا2, الهالوجين أكبر عدد ذري ​​، هو صلب في درجة حرارة الغرفة.

تؤدي زيادة العدد الذري إلى زيادة عدد الإلكترونات الموجودة ، مما يسهل استقطاب الذرات ، وبالتالي التفاعلات بينها. هذا يحدد الحالة المادية للهالوجين.

أجهزة الراديو التي كتبها فان دير فال

يمكن أن تكون التفاعلات بين الجزيئات وبين الذرات جذابة أو مثيرة للاشمئزاز ، وهذا يتوقف على المسافة الحرجة بين مراكزها ، والتي تسمى rالخامس.

على مسافات بين الجزيئات أو الذرات أكبر من rالخامس, يسود الجاذبية بين نواة أحد الجزيئات وإلكترونات الآخر على حالات التنافر بين النوى وإلكترونات الجزيئين.

في الحالة الموصوفة ، يكون التفاعل جذابًا ، لكن ماذا يحدث إذا اقتربت الجزيئات من المسافة بين مراكزها أقل من rv؟ ثم تهيمن القوة البغيضة على القوة الجذابة ، التي تعارض نهجًا أكبر بين الذرات.

قيمة صالخامس يتم توفيرها بواسطة أجهزة الراديو Van der Waals (R). بالنسبة للجزيئات الكروية والمطابقة rالخامس يساوي 2R. لجزيئين مختلفين من نصف القطر R1 و R2: صالخامس يساوي R1 +  R2. وترد قيم أجهزة الراديو 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. ثم ، قيمة صالخامس  لهذه الذرة هو 0.24 نانومتر. لقيمة صالخامس أقل من 0.24 نانومتر سوف ينتج تنافر بين ذرات الهيدروجين.

قوى وطاقة التفاعل الكهربائي بين الذرات وبين الجزيئات

القوة بين بضع تهم ذلك1 و ف2, مفصولة في الفراغ من قبل المسافة ص ، ويعطى بموجب قانون كولوم.

F = ك. ف1.ف2/ ص2

في هذا التعبير ، k هي ثابت تعتمد قيمته على الوحدات المستخدمة. إذا كانت قيمة القوة - الممنوحة من خلال تطبيق قانون كولوم - سالبة ، فإنها تشير إلى قوة الجذب. على العكس من ذلك ، إذا كانت القيمة المعطاة للقوة موجبة ، فهذا يدل على وجود قوة بغيضة.

نظرًا لأن الجزيئات تكون عادةً في وسط مائي يحمي القوى الكهربائية المبذولة ، فمن الضروري إدخال مصطلح ثابت العزل الكهربائي (ε). وبالتالي ، فإن هذا الثابت يصحح القيمة المعطاة للقوى الكهربائية من خلال تطبيق قانون كولوم.

F = ك1.ف2/ε.r2

بنفس الطريقة ، يتم إعطاء الطاقة للتفاعل الكهربائي (U) بواسطة التعبير:

يو = ك. ف1.ف2/ε.r

مراجع

  1. محرري الموسوعة البريطانية. (2018). قوات فان دير فال. تم الاسترجاع في 27 مايو 2018 ، من: britannica.com
  2. ويكيبيديا. (2017). قوات فان دير فال. تم الاسترجاع في 27 مايو 2018 ، من: en.wikipedia.org
  3. كاثرين راش ، ليزا بيترسون ، سيلا بوث ، ايرين لي. قوات فان دير فال. تم الاسترجاع في 27 مايو 2018 من: chem.libretexts.org
  4. Morris، J. G. (1974) كيمياء فيزيائية في علم الأحياء. 2 و الطبعة. إدوارد أرنولد (الناشرون) المحدودة.
  5. ماثيوز ، ك. ، فان هولد ، ك. وأهيرن ، ك. (2002) الكيمياء الحيوية. الطبعة الثالثة. أديسون ويسلي لونجمان ، وشركة.