CE SUNT FORȚELE DIPOLULUI DIPOL? - CHIMIE - 2025

Forțele dipolului dipol sau forțele Keesom sunt acele interacțiuni intermoleculare prezente în molecule cu momente dipole permanente. Este una dintre forțele Van der Waals și, deși este departe de cea mai puternică, este un factor cheie care explică proprietățile fizice ale multor compuși.

Termenul "dipol" se referă explicit la doi poli: unul negativ și unul pozitiv. Astfel, vorbim de molecule dipolice atunci când au regiuni definite cu densități mari și mici de electroni, ceea ce este posibil numai dacă electronii „migrează” în mod preferat către anumiți atomi: cel mai electronegativ.

Imaginea superioară ilustrează interacțiunile dipol-dipol între două molecule AB cu momente dipole permanente. De asemenea, se poate observa modul în care moleculele sunt orientate astfel încât interacțiunile să fie eficiente. Astfel, regiunea pozitivă δ + atrage regiunea negativă δ-.

Conform celor de mai sus, se poate specifica faptul că acest tip de interacțiune este direcțional (spre deosebire de interacțiunile încărcare-încărcare ionică). Moleculele din mediul lor își orientează polii astfel încât, deși sunt slabe, suma tuturor acestor interacțiuni conferă compusului o mare stabilitate intermoleculară.

Rezultă că compușii (organici sau anorganici) capabili să formeze interacțiuni dipol-dipol prezintă puncte de fierbere sau de topire ridicate.

Moment dipol

Momentul dipol al unei molecule este o cantitate vectorială. Cu alte cuvinte: depinde de direcțiile în care există un gradient de polaritate. Cum și de ce provine acest gradient? Răspunsul constă în legăturile și în natura intrinsecă a atomilor elementelor.

De exemplu, în imaginea superioară A este mai electronegativ decât B, deci în legătura AB cea mai mare densitate de electroni este situată în jurul valorii de A.

Pe de altă parte, B „renunță” la norul său de electroni și, prin urmare, este înconjurat de o regiune săracă de electroni. Această diferență de electronegativități între A și B creează gradientul de polaritate.

Întrucât o regiune este bogată în electroni (δ-), în timp ce cealaltă este săracă în electroni (δ +), apar cei doi poli, care, în funcție de distanțele dintre ei, generează magnitudini diferite de µ, care sunt determinați pentru fiecare compus .

Simetrie

Dacă o moleculă a unui anumit compus are µ = 0, se spune că este o moleculă apolară (chiar dacă are gradienți de polaritate).

Pentru a înțelege modul în care simetria - și deci geometria moleculară - joacă un rol important în acest parametru, este necesar să se ia în considerare legătura AB din nou.

Datorită diferenței de electronegativități, există regiuni definite bogate și sărace în electroni.

Ce se întâmplă dacă legăturile erau AA sau BB? În aceste molecule nu ar exista un moment dipol, deoarece ambii atomi atrag către ei în același mod electronii legăturii (sută la sută legătură covalentă).

După cum se poate observa în imagine, nici molecula AA și nici BB nu arată acum regiuni bogate sau sărace în electroni (roșu și albastru). Aici, un alt tip de forțe este responsabil pentru menținerea A ₂ și B _{2 împreună} : interacțiuni dipol-dipol induse, cunoscute și sub denumirea de forțe londoneze sau forțe de dispersie.

Dimpotrivă, dacă moleculele ar fi de tipul AOA sau BOB, ar exista repulsii între poli, deoarece au sarcini egale:

Regiunile δ + din două molecule BOB nu permit interacțiunea eficientă dipol-dipol; același lucru se întâmplă și pentru regiunile δ ale celor două molecule AOA. De asemenea, ambele perechi de molecule au p = 0. Gradul de polaritate OA este anulat vectorial cu cel al legăturii AO.

În consecință, forțele de dispersie intră în joc și în perechea AOA și BOB, din cauza absenței unei orientări eficiente a dipolilor.

Asimetrie în molecule neliniare

Cel mai simplu caz este cel al CF ₄ molecule (sau CX ₄ tip ). Aici, C are o geometrie moleculară tetraedrică și regiuni bogate în electroni se găsesc la vârfuri, în mod specific pe atomii electronegativi ai F.

Gradientul de polaritate CF se anulează în oricare dintre direcțiile tetraedrului, ceea ce face ca suma vectorială a tuturor acestora să fie egală cu 0.

Astfel, deși centrul tetraedrului este foarte pozitiv (δ +) și vertexurile sale foarte negative (δ-), această moleculă nu poate forma interacțiuni dipol-dipol cu ​​alte molecule.

Orientările dipolilor

În cazul moleculelor AB liniare, acestea sunt orientate astfel încât să formeze cele mai eficiente interacțiuni dipol-dipol (așa cum se arată în imaginea de mai sus). Cele de mai sus se aplică în același mod pentru alte geometrii moleculare; de exemplu, cele unghiulare în cazul moleculelor de NO ₂ .

Astfel, aceste interacțiuni determină dacă compusul AB este un gaz, un lichid sau un solid la temperatura camerei.

În cazul compușilor A ₂ și B ₂ (cele ale elipselor purpurii), este foarte probabil să fie gazoase. Cu toate acestea, dacă atomii săi sunt foarte voluminoși și ușor polarizabili (ceea ce crește forțele londoneze), ambii compuși pot fi solizi sau lichizi.

Cu cât interacțiunile dipol-dipol sunt mai puternice, cu atât coeziunea dintre molecule este mai mare; de asemenea, cu cât punctele de topire și fierbere ale compusului sunt mai mari. Acest lucru se datorează faptului că sunt necesare temperaturi mai ridicate pentru a „rupe” aceste interacțiuni.

Pe de altă parte, o creștere a temperaturii determină moleculele să vibreze, să se rotească și să se miște mai frecvent. Această „agitație moleculară” afectează orientările dipolilor și, prin urmare, forțele intermoleculare ale compusului sunt slăbite.

Interacțiunile de legătură cu hidrogen

În imaginea superioară sunt prezentate cinci molecule de apă care interacționează prin legături de hidrogen. Acesta este un tip special de interacțiuni dipol-dipol. Regiunea săracă de electroni este ocupată de H; iar regiunea bogată în electroni (δ-) este ocupată de atomii extrem de electronegativi N, O și F.

Adică moleculele cu atomi de N, O și F legați la H pot forma legături de hidrogen.

Astfel, legăturile de hidrogen sunt OHO, NHN și FHF, OHN, NHO etc. Aceste molecule au momente dipolice permanente și foarte intense, care le orientează corect să „profite” de aceste punți.

Ele sunt mai slabe din punct de vedere energetic decât orice legătură covalentă sau ionică. Deși, suma tuturor legăturilor de hidrogen din faza unui compus (solid, lichid sau gazos) îl face să prezinte proprietăți care îl definesc ca fiind unic.

De exemplu, este cazul apei, ale cărei legături de hidrogen sunt responsabile pentru punctul de fierbere ridicat și pentru că sunt mai puțin dense în starea de gheață decât apa lichidă; motiv pentru care aisbergurile plutesc în mări.

Referințe

1. Forțele dipol-dipol. Preluat pe 30 mai 2018, de la: chem.purdue.edu
2. Învățare fără limite. Forța dipol-dipol. Preluat pe 30 mai 2018, de pe: courses.lumenlearning.com
3. Jennifer Roushar. (2016). Forțele dipol-dipol. Preluat pe 30 mai 2018, de pe: sophia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, doctorat. (3 mai 2018). Care sunt exemple de legare la hidrogen? Preluat pe 30 mai 2018, de pe: thinkco.com
5. Mathews, CK, Van Holde, KE și Ahern, KG (2002) Biochimie. A treia editie. Addison Wesley Longman, Inc., P 33.
6. Whitten, Davis, Peck și Stanley. Chimie. (Ediția a VIII-a). CENGAGE Learning, p 450-452.
7. Utilizator Qwerter. (16 aprilie 2011). Legături de hidrogen model 3D în toaletă. . Preluat pe 30 mai 2018, de pe: commons.wikimedia.org