Միջմոլեկուլային կապերի օրինակելի հարցեր և քննարկում
Միջմոլեկուլային կապը քիմիայի կարևորագույն թեմա է, մասնավորապես նյութերի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները հասկանալու համար: Միջմոլեկուլային կապը ներառում է Լոնդոնի դիսպերսիայի ուժերը, դիպոլ-դիպոլային ուժերը և ջրածնային կապերը: Այս կապի յուրաքանչյուր տեսակի և դրանց փոխազդեցության մանրամասն ըմբռնումը կարևոր է նյութերի վարքագիծը տարբեր պայմաններում կանխատեսելու համար: Այս հոդվածում կքննարկվեն մի քանի օրինակելի խնդիրներ և դրանց լուծումները՝ այս հասկացությունը պարզաբանելու համար:
1. Լոնդոնյան ոճ (ցրման ուժեր)
Լոնդոնյան ուժերը վան դեր Վալսի ուժերի ամենաթույլ տեսակն են։ Դրանք առաջանում են ժամանակավոր դիպոլների փոխազդեցությունից, որոնք առաջանում են, երբ մոլեկուլի էլեկտրոնային ամպում էլեկտրոնների բաշխումը դառնում է մի պահ անհավասար։
Օրինակ՝ հարց 1:
Հարց՝
Երկու ոչ բևեռային մոլեկուլներ, ասենք՝ He-ն և Ne-ն, երկուսն էլ ունեն Լոնդոնի ուժեր իրենց միջև։ Հաշվի առնելով, որ Ne-ն ավելի մեծ է, քան He-ն, բացատրեք, թե որ մեկն ունի ավելի ուժեղ Լոնդոնի ուժեր, և ինչո՞ւ։
Քննարկում.
Լոնդոնի ուժերը դառնում են ավելի նշանակալի՝ մոլեկուլում էլեկտրոնների թվի աճին զուգընթաց, քանի որ դա մեծացնում է բևեռացումը։ Նեոնը (Ne) ունի ավելի շատ էլեկտրոններ (10), քան հելիումը (He), որն ունի ընդամենը 2 էլեկտրոն։ Հետևաբար, Ne մոլեկուլներն ունեն ավելի մեծ էլեկտրոնային ամպ և ավելի հեշտությամբ են բևեռացվում, քան He-ն։ Արդյունքում, Ne մոլեկուլների միջև Լոնդոնի ուժերը կլինեն ավելի ուժեղ, քան He մոլեկուլների միջև։
2. Դիպոլ-դիպոլ ուժ
Դիպոլ-դիպոլային ուժերը առաջանում են բևեռային մոլեկուլների միջև, որտեղ մեկ մոլեկուլի մասնակի դրական լիցքը փոխազդում է մեկ այլ մոլեկուլի մասնակի բացասական լիցքի հետ։
Օրինակ՝ հարց 2:
Հարց՝
Երկու բևեռային մոլեկուլներ՝ HCl-ը և HF-ը, ունեն դիպոլ-դիպոլային ուժեր: HCl-ի և HF-ի միջև որն ունի ավելի ուժեղ դիպոլ-դիպոլային ուժեր և ինչո՞ւ:
Քննարկում.
HF մոլեկուլներն ունեն ավելի ուժեղ դիպոլ-դիպոլային ուժեր, քան HCl-ը։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ ֆտորի (F) էլեկտրոնեգատիվությունը շատ բարձր է, և H-ի և F-ի միջև էլեկտրոնեգատիվության տարբերությունը մեծ է, քան H-ի և Cl-ի միջև։ Սա HF մոլեկուլում ստեղծում է ավելի ուժեղ դիպոլ, քան HCl-ում։ Հետևաբար, HF մոլեկուլների միջև դիպոլ-դիպոլային ուժերն ավելի ուժեղ են, քան HCl-ի միջև։
3. Ջրածնային կապեր
Ջրածնային կապը դիպոլ-դիպոլ ուժի հատուկ տեսակ է և առաջանում է, երբ ջրածնի ատոմը, որը կովալենտորեն կապված է բարձր էլեկտրոնեգատիվ ատոմի հետ (օրինակ՝ F, O կամ N), փոխազդում է մեկ այլ բարձր էլեկտրոնեգատիվ ատոմի վրա գտնվող միայնակ էլեկտրոնների զույգի հետ։
Օրինակ՝ հարց 3:
Հարց՝
Դիտարկենք հետևյալ երեք նյութերը՝ ջուր (H₂O), մեթանոլ (CH₃OH) և էթանոլ (C₂H₅OH): Որոշեք, թե որն ունի ամենաուժեղ ջրածնային կապը և ինչո՞ւ:
Քննարկում.
Նշված բոլոր նյութերը կարող են ջրածնային կապեր առաջացնել, քանի որ ունեն –OH խմբեր: Սակայն ջրածնային կապի ուժը կախված է ոչ միայն –OH խմբի առկայությունից, այլև ջրածնային կապեր առաջացնելու ունակ տեղամասերի քանակից և տեղակայումից:
– Ջուրը (H₂O) կարող է առաջացնել չորս ջրածնային կապ (երկուսը որպես դոնորներ H ատոմի միջոցով և երկուսը որպես ակցեպտորներ O-ի վրա գտնվող միայնակ էլեկտրոնային զույգի միջոցով):
– Մեթանոլը (CH₃OH) և էթանոլը (C₂H₅OH) կարող են առաջացնել երկու ջրածնային կապ (մեկը՝ որպես դոնոր՝ H-ի միջոցով, և մեկը՝ որպես ակցեպտոր՝ O-ի վրա գտնվող միայնակ զույգի միջոցով):
Այսպիսով, ջուրը (H₂O) ունի ամենաշատ ջրածնային կապեր առաջացնելու ներուժ և, հետևաբար, ունի ամենաուժեղ ջրածնային կապերը։
4. Լոնդոնի ուժի և դիպոլ-դիպոլ ուժի համադրություն
Որոշակի նյութերում կարող է առաջանալ Լոնդոնի և դիպոլ-դիպոլային ուժերի համադրություն, որը նպաստում է միջմոլեկուլային փոխազդեցությունների ընդհանուր ուժին։
Օրինակ՝ հարց 4:
Հարց՝
Համեմատեք քլորոֆորմի (CHCl₃) և տետրաքլորածխածնի (CCl₄) եռման կետերը և բացատրեք Լոնդոնի և դիպոլ-դիպոլային ուժերի դերը այս ամենում։
Քննարկում.
– Քլորոֆորմը (CHCl₃) բևեռային մոլեկուլ է, որն ունի լրիվ դիպոլային մոմենտ՝ H ատոմների նկատմամբ էլեկտրոնների ասիմետրիկ բաշխման պատճառով։
– Ածխածնի տետրաքլորիդը (CCl₄) ոչ բևեռային մոլեկուլ է՝ իր սիմետրիկ էլեկտրոնային բաշխման շնորհիվ, չնայած բարձր էլեկտրոնեգատիվ Cl ատոմ ունենալուն։
CHCl₃-ում դիպոլ-դիպոլային ուժերը ուժեղ կլինեն մոլեկուլի բևեռականության պատճառով, մինչդեռ Լոնդոնի ուժերը նշանակալի կլինեն երկու մոլեկուլներում էլ, չնայած CCl₄-ն մի փոքր ավելի մեծ է և կարող է ունենալ ավելի բևեռացվող էլեկտրոնային ամպ։
Սակայն, Լոնդոնի ուժերի և դիպոլ-դիպոլային ուժերի համադրությունը CHCl₃-ում այն ունի ավելի բարձր եռման կետ, քան CCl₄-ն, չնայած դրանք ունեն համեմատելի մոլեկուլային քաշեր։
5. Իոն-դիպոլային փոխազդեցություններ
Իոն-դիպոլ փոխազդեցությունները կարևոր են բևեռային լուծիչներում, ինչպիսին է ջուրը, աղերի լուծարման համար: Այս բաժինը շեշտում է իոնային լիցքի և լուծիչի մոլեկուլի դիպոլներին մոտիկության կարևորությունը:
Օրինակ՝ հարց 5:
Հարց՝
Ինչո՞ւ են աղերը, ինչպիսին է նատրիումի քլորիդը (NaCl), հեշտությամբ լուծվում ջրում։
Քննարկում.
Նատրիումի քլորիդը կազմված է Na⁺ և Cl⁻ իոններից: Ջուրը (H₂O) բևեռային մոլեկուլ է՝ թթվածնի մասնակի բացասական և ջրածնի դրական լիցքով: Երբ NaCl-ը լուծվում է ջրում, Na⁺ իոնները փոխազդում են ջրի մոլեկուլի թթվածնային ծայրի հետ, մինչդեռ Cl⁻ իոնները՝ ջրածնի ծայրի հետ: Այս իոն-դիպոլային փոխազդեցությունները բավականաչափ ուժեղ են՝ NaCl բյուրեղում իոնային ուժերը հաղթահարելու համար, թույլ տալով աղին դիսոցացվել և լուծարվել:
Penutup
Միջմոլեկուլային կապերի տարբեր տեսակների, ինչպիսիք են Լոնդոնի ուժերը, դիպոլ-դիպոլ փոխազդեցությունները, ջրածնային կապերը և իոն-դիպոլ փոխազդեցությունները, հասկացողությունը կարևոր է նյութերի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները կանխատեսելու և բացատրելու համար: Այս հոդվածում ներկայացված օրինակներն ու քննարկումները, հուսով ենք, ավելի պարզ պատկերացում կտան և կամրապնդեն միջմոլեկուլային կապի հիմնական հասկացությունները: Այս գիտելիքները կարևոր են ոչ միայն տեսական գիտության, այլև գործնական կիրառությունների համար, ինչպիսիք են նյութատեխնիկան, դեղագործությունը և շրջակա միջավայրի գիտությունը:
