Oddziaływania międzycząsteczkowe

Oddziaływania międzycząsteczkowe to słabe, ale bardzo istotne siły, które wpływają na temperatury wrzenia i topnienia, gęstość oraz stan skupienia substancji. Dzięki nim gazy mogą ulegać skraplaniu, cząsteczki mogą tworzyć większe zespoły, a substancje o podobnej budowie mogą wykazywać zupełnie różne właściwości fizyczne.

Materiał przeznaczony dla uczniów liceum realizujących podstawę programową z chemii.

Czego dowiesz się z tego artykułu

• czym są oddziaływania międzycząsteczkowe i dlaczego są słabsze od wiązań chemicznych
• na czym polegają siły van der Waalsa i kiedy powstają
• czym różnią się dipole chwilowe od dipoli indukowanych
• dlaczego duże cząsteczki mają wyższe temperatury wrzenia
• jak kształt cząsteczki wpływa na siłę oddziaływań międzycząsteczkowych
• na czym polega wiązanie wodorowe (mostek wodorowy) i jakie warunki muszą być spełnione, aby powstało
• dlaczego woda, HF i NH₃ mają anomalnie wysokie temperatury wrzenia
• jak elektroujemność wpływa na energię oddziaływań międzycząsteczkowych
• czym różnią się oddziaływania dipol–dipol od wiązań wodorowych
• jakie czynniki decydują o sile wiązania metalicznego (materiał rozszerzony)

Fragment artykułu

Siły van der Waalsa to oddziaływania międzycząsteczkowe działające w bardzo małych odległościach, przy stykaniu się cząsteczek niepolarnych. Występują m.in. w sieci krystalicznej grafitu między jego warstwami. Każdy gaz można skroplić (np. tlen, azot, hel) właśnie dlatego, że między atomami lub cząsteczkami tych gazów zachodzą oddziaływania van der Waalsa, które utrzymują je razem.

Istotą sił van der Waalsa jest wzajemne oddziaływanie jąder i elektronów, podczas którego w cząsteczkach niepolarnych powstają chwilowe dipole. Te chwilowe dipole mogą indukować dipole w sąsiednich cząsteczkach, a powstałe w ten sposób dipole przyciągają się. Jeśli cząsteczki niepolarne stykają się z cząsteczkami polarnymi, tworzą się tak zwane dipole indukowane.

Między małymi cząsteczkami siły van der Waalsa są słabe (dużo słabsze niż wiązania między atomami), ale w przypadku dużych cząsteczek lub atomów mogą mieć znaczną siłę, np. w tworzywach sztucznych. Widać to po temperaturach wrzenia: duże cząsteczki mają wyższe temperatury wrzenia, gdyż trudniej odrywają się od siebie. Innym czynnikiem wpływającym na wielkość sił van der Waalsa jest kształt cząsteczek — cząsteczki o budowie liniowej silniej przylegają do siebie niż cząsteczki rozgałęzione.

Wiązanie wodorowe (mostek wodorowy) jest oddziaływaniem, które powstaje między atomem wodoru połączonym z silnie elektroujemnym atomem (donorem wiązania wodorowego, donorem protonu) a innym atomem (z innej cząsteczki), który ma wolne pary elektronowe (akceptorem wiązania wodorowego, akceptorem protonu). Wodór zdolny do tworzenia wiązania wodorowego może znajdować się w grupach -OH, −COOH, -SH, -NH₂ i podobnych.

Silnie elektroujemnymi pierwiastkami, które mogą uczestniczyć w tworzeniu wiązań wodorowych, są m.in. azot, tlen, fluor, a także elektrony wiązań π. W cząsteczkach, w których atom wodoru jest połączony z innym atomem wiązaniem kowalencyjnym spolaryzowanym, na atomie wodoru może wytworzyć się cząstkowy ładunek dodatni. Między atomem wodoru z cząstkowym ładunkiem dodatnim a atomem innego, silnie elektroujemnego pierwiastka (z cząstkowym ładunkiem ujemnym) dochodzi do elektrostatycznego przyciągania — takie oddziaływanie nazywamy wiązaniem wodorowym.

Ucz się skutecznie, dokładnie pod wymagania

• Pełne wyjaśnienia krok po kroku
• Schematy i ilustracje przedstawiające rodzaje oddziaływań międzycząsteczkowych
• Przykłady porównawcze temperatur wrzenia i energii oddziaływań
• Dostęp do wszystkich działów podręcznika
• Brak reklam i zbędnych dodatków

Odblokuj pełną treść

Dołącz do tysięcy uczniów uczących się z Chem24. Bez zobowiązań.

Pełna wersja artykułu zawiera

• szczegółowe omówienie sił van der Waalsa: dipoli chwilowych i indukowanych
• analizę wpływu masy cząsteczkowej i kształtu na siłę oddziaływań
• wyjaśnienie mechanizmu powstawania wiązań wodorowych
• porównanie energii oddziaływań w związkach H₂O i H₂S oraz HF i HCl
• schematy przedstawiające asocjaty i ich wpływ na właściwości substancji
• tabelaryczne zestawienie temperatur wrzenia wybranych wodorków
• omówienie energii oddziaływań międzycząsteczkowych (1–10 kcal/mol) na tle energii wiązań chemicznych
• materiał rozszerzony: czynniki wpływające na siłę wiązania metalicznego

Chcesz kontynuować naukę?

• Dostęp do pełnych lekcji i przykładów
• Wyjaśnienia trudnych pojęć krok po kroku
• Możliwość zadawania pytań
• Zero reklam

Przejdź do pełnej treści

Ucz się szybciej i skuteczniej z Chem24.

Najczęstsze pytania

Kiedy pojawiają się siły van der Waalsa?

Gdy cząsteczki niepolarne lub atomy zbliżają się do siebie na bardzo małe odległości, w wyniku wzajemnego oddziaływania jąder i elektronów powstają chwilowe dipole, które przyciągają się wzajemnie lub indukują dipole w sąsiednich cząsteczkach.

Dlaczego duże cząsteczki mają wyższe temperatury wrzenia?

Większe cząsteczki mają rozleglejsze chmury elektronowe, co zwiększa siłę oddziaływań van der Waalsa. W efekcie cząsteczki trudniej odrywają się od siebie, co podwyższa temperaturę wrzenia.

Na czym polega wiązanie wodorowe?

To oddziaływanie elektrostatyczne między atomem wodoru połączonym z silnie elektroujemnym atomem (np. O, N, F) a atomem posiadającym wolną parę elektronową. Prowadzi do tworzenia asocjatów i znacznego podwyższenia temperatury topnienia i wrzenia substancji.

Dlaczego woda ma znacznie wyższą temperaturę topnienia niż siarkowodór?

Tlen ma większą elektroujemność niż siarka, przez co wiązanie O–H jest silnie spolaryzowane, a między cząsteczkami H₂O powstają silne wiązania wodorowe. W H₂S moment dipolowy jest mniejszy, oddziaływania elektrostatyczne są słabsze i nie tworzą się wiązania wodorowe, co skutkuje dużo niższą temperaturą topnienia i wrzenia.

Dlaczego HF wrze znacznie wyżej niż HCl?

Fluor ma większą elektroujemność niż chlor, dlatego wiązanie H–F jest silniej spolaryzowane i między cząsteczkami HF powstają wiązania wodorowe. W HCl, mimo spolaryzowanego wiązania, elektroujemność chloru jest zbyt niska, aby tworzyły się wiązania wodorowe — występują jedynie oddziaływania dipol–dipol, co skutkuje dużo niższą temperaturą wrzenia.