แรงไดโพลไดโพลคืออะไร? - เคมี - 2025

แรงไดโพลไดโพลหรือแรงคีซอมคือปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลที่มีอยู่ในโมเลกุลที่มีโมเมนต์ไดโพลถาวร มันเป็นหนึ่งในกองกำลัง Van der Waals และแม้ว่ามันจะอยู่ไกลจากจุดที่แข็งแกร่งที่สุด แต่ก็เป็นปัจจัยสำคัญที่อธิบายคุณสมบัติทางกายภาพของสารประกอบหลายชนิด

คำว่า "ไดโพล" หมายถึงสองขั้วอย่างชัดเจน: หนึ่งขั้วลบและขั้วบวกหนึ่งขั้ว ดังนั้นเราจึงพูดถึงโมเลกุลของไดโพลเมื่อพวกมันได้กำหนดบริเวณที่มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสูงและต่ำซึ่งจะเป็นไปได้ก็ต่อเมื่ออิเล็กตรอน "ย้าย" ไปยังอะตอมบางชนิดโดยเฉพาะ: อิเล็กโทรเนกาติวิตีมากที่สุด

ภาพด้านบนแสดงปฏิกิริยาระหว่างไดโพล - ไดโพลระหว่างโมเลกุล AB สองโมเลกุลกับโมเมนต์ไดโพลถาวร ในทำนองเดียวกันสามารถสังเกตได้ว่าโมเลกุลมีทิศทางอย่างไรเพื่อให้ปฏิสัมพันธ์มีประสิทธิภาพ ดังนั้นภูมิภาคบวกδ + จึงดึงดูดภูมิภาคเชิงลบδ-

ตามที่กล่าวข้างต้นสามารถระบุได้ว่าปฏิสัมพันธ์ประเภทนี้เป็นแบบกำหนดทิศทาง (ไม่เหมือนกับการโต้ตอบประจุไอออนิก) โมเลกุลในสภาพแวดล้อมของพวกมันปรับแนวขั้วของมันในลักษณะที่แม้ว่ามันจะอ่อนแอ แต่ผลรวมของปฏิสัมพันธ์เหล่านี้ทำให้สารประกอบมีเสถียรภาพระหว่างโมเลกุลที่ดี

สิ่งนี้ส่งผลให้สารประกอบนั้น (อินทรีย์หรืออนินทรีย์) ที่สามารถสร้างปฏิกิริยาไดโพล - ไดโพลมีจุดเดือดหรือจุดหลอมเหลวสูง

ไดโพลโมเมนต์

โมเมนต์ไดโพล µ ของโมเลกุลคือปริมาณเวกเตอร์ กล่าวอีกนัยหนึ่ง: ขึ้นอยู่กับทิศทางที่มีการไล่ระดับขั้ว การไล่ระดับสีนี้เกิดขึ้นได้อย่างไรและทำไม? คำตอบอยู่ในพันธะและธรรมชาติที่แท้จริงของอะตอมของธาตุ

ตัวอย่างเช่นในภาพบน A มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากกว่า B ดังนั้นในพันธะ AB ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสูงสุดจะอยู่รอบ A

ในทางกลับกัน B“ ยอมแพ้” เมฆอิเล็กตรอนของมันจึงถูกล้อมรอบด้วยบริเวณที่ไม่ดีของอิเล็กตรอน ความแตกต่างของอิเล็กโทรเนกาติวิตีระหว่าง A และ B ทำให้เกิดการไล่ระดับขั้ว

เนื่องจากพื้นที่หนึ่งอุดมไปด้วยอิเล็กตรอน (δ-) ในขณะที่อีกขั้วหนึ่งมีอิเล็กตรอนไม่ดี (δ +) ทั้งสองขั้วจึงปรากฏขึ้นซึ่งขึ้นอยู่กับระยะทางระหว่างกันทำให้เกิดขนาดที่แตกต่างกันของ µ ซึ่งกำหนดสำหรับแต่ละสารประกอบ .

สมมาตร

ถ้าโมเลกุลของสารประกอบบางชนิดมี µ = 0 แสดงว่าเป็นโมเลกุลอโพลาร์ (แม้ว่าจะมีการไล่ระดับขั้วก็ตาม)

เพื่อให้เข้าใจว่าสมมาตร - และด้วยเหตุนี้เรขาคณิตโมเลกุลจึงมีบทบาทสำคัญในพารามิเตอร์นี้จึงจำเป็นต้องพิจารณาพันธะ AB อีกครั้ง

เนื่องจากความแตกต่างของอิเล็กโตรเนกาติวิตีจึงมีการกำหนดบริเวณที่อุดมไปด้วยและยากจนในอิเล็กตรอน

จะเกิดอะไรขึ้นถ้าลิงค์เป็น AA หรือ BB? ในโมเลกุลเหล่านี้จะไม่มีโมเมนต์ไดโพลเนื่องจากอะตอมทั้งสองดึงดูดเข้าหาพวกมันในลักษณะเดียวกับอิเล็กตรอนของพันธะ (พันธะโคเวเลนต์หนึ่งร้อยเปอร์เซ็นต์)

ดังที่เห็นได้ในภาพทั้งโมเลกุล AA และ BB ไม่ได้แสดงบริเวณที่มีอิเล็กตรอนเต็มหรือยากจน (สีแดงและสีน้ำเงิน) กองกำลังอีกประเภทหนึ่งมีหน้าที่ในการยึด A ₂และ B _{2 ไว้ด้วยกัน} : ปฏิกิริยาไดโพล - ไดโพลที่เกิดขึ้นหรือที่เรียกว่ากองกำลังลอนดอนหรือกองกำลังกระจาย

ในทางตรงกันข้ามถ้าโมเลกุลเป็นประเภท AOA หรือ BOB จะมีแรงผลักระหว่างขั้วของพวกมันเนื่องจากมีประจุเท่ากัน:

พื้นที่δ + ของโมเลกุล BOB สองตัวไม่อนุญาตให้มีปฏิสัมพันธ์ไดโพล - ไดโพลอย่างมีประสิทธิภาพ สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นกับบริเวณδ-ของโมเลกุล AOA ทั้งสอง ในทำนองเดียวกันโมเลกุลทั้งสองคู่มี µ = 0 OA ไล่ระดับขั้วจะถูกยกเลิกแบบเวกเตอร์ด้วยพันธะ AO

ดังนั้นกองกำลังกระจายก็เข้ามามีบทบาทในคู่ AOA และ BOB เนื่องจากไม่มีการวางแนวที่มีประสิทธิภาพของไดโพล

ความไม่สมมาตรในโมเลกุลที่ไม่เป็นเชิงเส้น

กรณีที่ง่ายที่สุดคือโมเลกุล CF ₄ (หรือประเภท CX ₄ ) ที่นี่ C มีรูปทรงโมเลกุลแบบเตตระฮีดอลและบริเวณที่มีอิเล็กตรอนอยู่ที่จุดยอดโดยเฉพาะในอะตอมอิเล็กโทรเนกาติวิตีของ F

CF ไล่ระดับขั้วจะยกเลิกในทิศทางใด ๆ ของจัตุรมุขทำให้ผลรวมเวกเตอร์ของสิ่งเหล่านี้มีค่าเท่ากับ 0

ดังนั้นแม้ว่าจุดศูนย์กลางของจัตุรมุขจะมีค่าเป็นบวกมาก (δ +) และจุดยอดเป็นลบมาก (δ-) โมเลกุลนี้ไม่สามารถสร้างปฏิสัมพันธ์ไดโพล - ไดโพลกับโมเลกุลอื่นได้

การวางแนวของไดโพล

ในกรณีของโมเลกุล AB เชิงเส้นพวกมันจะถูกเน้นในลักษณะที่ก่อให้เกิดปฏิสัมพันธ์ไดโพล - ไดโพลที่มีประสิทธิภาพสูงสุด (ดังแสดงในภาพด้านบน) ข้างต้นสามารถใช้ได้ในลักษณะเดียวกันกับรูปทรงโมเลกุลอื่น ๆ ตัวอย่างเช่นคนเชิงมุมในกรณีที่ไม่มี₂โมเลกุล

ดังนั้นปฏิกิริยาเหล่านี้จะพิจารณาว่าสารประกอบ AB เป็นก๊าซของเหลวหรือของแข็งที่อุณหภูมิห้อง

ในกรณีของสารประกอบ A ₂และ B ₂ (พวกจุดไข่ปลาสีม่วง) มีโอกาสมากที่จะเป็นก๊าซ อย่างไรก็ตามหากอะตอมของมันมีขนาดใหญ่มากและโพลาไรซ์ได้ง่าย (ซึ่งจะเพิ่มกองกำลังลอนดอน) สารประกอบทั้งสองอาจเป็นของแข็งหรือของเหลวก็ได้

ยิ่งปฏิสัมพันธ์ของไดโพล - ไดโพลแรงขึ้นเท่าใดความสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น จุดหลอมเหลวและจุดเดือดของสารประกอบก็จะยิ่งสูงขึ้น เนื่องจากอุณหภูมิที่สูงขึ้นจำเป็นเพื่อ "ทำลาย" ปฏิสัมพันธ์เหล่านี้

ในทางกลับกันอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นทำให้โมเลกุลสั่นหมุนและเคลื่อนที่บ่อยขึ้น "ความปั่นป่วนของโมเลกุล" นี้ทำให้ทิศทางของไดโพลลดลงดังนั้นแรงระหว่างโมเลกุลของสารประกอบจึงอ่อนแอลง

ปฏิกิริยาระหว่างพันธะไฮโดรเจน

ในภาพบนโมเลกุลของน้ำ 5 โมเลกุลแสดงปฏิกิริยาด้วยพันธะไฮโดรเจน นี่คือปฏิสัมพันธ์ไดโพล - ไดโพลชนิดพิเศษ พื้นที่ที่ไม่ดีของอิเล็กตรอนถูกครอบครองโดย H; และบริเวณที่อุดมด้วยอิเล็กตรอน (δ-) ถูกครอบครองโดยอะตอมที่มีอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูง N, O และ F

นั่นคือโมเลกุลที่มีอะตอม N, O และ F ผูกมัดกับ H สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนได้

ดังนั้นพันธะไฮโดรเจนคือ OHO, NHN และ FHF, OHN, NHO เป็นต้น โมเลกุลเหล่านี้มีโมเมนต์ไดโพลที่ถาวรและเข้มข้นมากซึ่งปรับทิศทางให้ถูกต้องเพื่อ "ใช้ประโยชน์" จากสะพานเหล่านี้

พวกมันอ่อนแอกว่าพันธะโควาเลนต์หรือไอออนิกใด ๆ แม้ว่าผลรวมของพันธะไฮโดรเจนทั้งหมดในเฟสของสารประกอบ (ของแข็งของเหลวหรือก๊าซ) จะทำให้มันแสดงคุณสมบัติที่กำหนดว่ามันไม่ซ้ำกัน

ตัวอย่างเช่นในกรณีของน้ำซึ่งพันธะไฮโดรเจนมีหน้าที่ทำให้จุดเดือดสูงและมีความหนาแน่นน้อยในสถานะน้ำแข็งมากกว่าน้ำเหลว เหตุผลที่ภูเขาน้ำแข็งลอยอยู่ในทะเล

อ้างอิง

1. ไดโพล - ไดโพลกองกำลัง สืบค้นเมื่อ 30 พฤษภาคม 2561 จาก: chem.purdue.edu
2. การเรียนรู้ที่ไร้ขอบเขต ไดโพล - ไดโพลบังคับ สืบค้นเมื่อ 30 พฤษภาคม 2018 จาก: courses.lumenlearning.com
3. Jennifer Roushar (2016) ไดโพล - ไดโพลกองกำลัง สืบค้นเมื่อ 30 พฤษภาคม 2018 จาก: sophia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (3 พฤษภาคม 2561). ตัวอย่างของพันธะไฮโดรเจนคืออะไร? สืบค้นเมื่อ 30 พฤษภาคม 2561 จาก: thoughtco.com
5. Mathews, CK, Van Holde, KE และ Ahern, KG (2002) ชีวเคมี พิมพ์ครั้งที่สาม. แอดดิสันเวสลีย์ลองแมนอิงค์พี 33
6. Whitten, Davis, Peck & Stanley เคมี. (ฉบับที่ 8) CENGAGE Learning, p 450-452
7. ผู้ใช้ Qwerter (16 เมษายน 2554). โมเดล 3 มิติพันธะไฮโดรเจนในห้องน้ำ . สืบค้นเมื่อ 30 พฤษภาคม 2018 จาก: commons.wikimedia.org