ماهیت نیروهای لاندن
منشا و دلیل بوجود آمدن این نیروی بین مولکولی در سال 1930، توسط "فرتیز لاندن" توضیح داده شد. این نیرو همانند سایر نیروهای بین مولکولی (دوقطبی - دوقطبی و پیوند هیدروژنی ( ماهیت الکتریکی دارد. اما برخلاف آنها که از قطبیت دائم مولکولها بوجود میآیند، نیروی لاندن (یا پراکندگی) از جدایی بار موقتی و لحظهای در درون یک مولکول حاصل میشود.
مولکولهای غیرقطبی ، دوقطبی دائمی ندارند ولی با وجود این ، تمام مواد غیرقطبی را میتوان مایع کرد. از اینرو ، علاوه بر نیروی دوقطبی - دوقطبی ، باید نوع دیگری از نیروی بین مولکولی وجود داشته باشد. وجود نیروهای پراکندگی در مولکولها بعنوان یک اصل پذیرفته شدهاست. تصور میشود این نیروها ناشی از حرکت الکترونها باشد. در یک لحظه از زمان ، ابر الکترونی یک مولکول بنحوی تغییر شکل میدهد که یک دوقطبی لحظهای بوجود میآید که در آن ، قسمتی از مولکول به مقدار بسیار کم منفیتر از قسمت های دیگر است و در لحظه بعد ، بعلت حرکت الکترون ها جهت دوقطبی لحظهای تغییر میکند.
اثر این دوقطبی های لحظهای در طول زمان بسیار کوتاه ، یکدیگر را حذف میکنند، بصورتی که مولکول غیر قطبی فاقد دوقطبی دائمی میشود. ولی دوقطبی های مواج لحظهای یک مولکول ، دوقطبی های نظیر خود را در مولکولهای مجاور القا میکنند و حرکت همزمان الکترون های مولکولهای مجاور باعث ایجاد نیروی جاذبه بین این دو قطبی های لحظهای ، نیروی لاندن را تشکیل میدهند. نیروی لاندن بین مولکول های قطبی هم وجود دارد، اما تنها نیروی بین مولکولی موجود در مولکول های غیرقطبی است.
منشأ ایجاد این نیروها ، حرکت الکترون ها میباشد. الکترونها در مولکول های غیرقطبی مانند H2 بطور متوسط به هر اندازه که به یک هسته نزدیک باشند، به همان اندازه به هسته دیگر نزدیکند. اما در یک لحظه ابر الکترونی میتواند در یک انتهای مولکول متمرکز شود و در لحظه بعد این ابر الکترونی در انتهای دیگر مولکول باشد.
چگالی لحظهای الکترون ها در یک طرف مولکول و قسمت دیگر آن یک دوقطبی موقت در مولکول H2 بوجود میآورد. این موضوع به نوبه خود یک دوقطبی مشابه در مولکول مجاور القا میکند. این دوقطبیهای موقت که هر دو در یک مسیر جهتیابی شدهاند، نیروی جاذبهای میان مولکول ها ایجاد میکنند که به نیروی پراکندگی یا لاندن معروف است.
عوامل موثر در ایجاد نیروهای لاندن
قدرت نیروهای لاندن به این بستگی دارد که وقتی یک دوقطبی موقت در مجاورت یک مولکول برقرار میشود، با چه سهولتی میتواند توزیع الکترونی آن مولکول را قطبیده کند. سهولت قطبی شدن در درجه اول به اندازه مولکول بستگی دارد. دوقطبی شدن مولکول های بزرگ که الکترون ها دورتر از هسته میباشند، آسان تر از مولکولهای کوچک که الکترون ها به هسته نزدیک هستند صورت میگیرد. با افزایش اندازه مولکول و وزن مولکول بر قدرت نیروهای لاندن افزوده میشود.
البته نیروهای لاندن بیشتر به اندازه و شکل مولکول بستگی دارند تا به جرم آن. از میان دو مولکولی که دارای وزن مولکولی یکسان ولی شکل و اندازه مختلفی هستند، الکترون های مولکول کوچکتر و فشرده تر آزادی کمتری دارند و دوقطبی لحظهای براحتی در مولکول ایجاد نمیشود. بنابراین نیروی بین مولکولی آنها ضعیفتر از نیروی بین مولکولی مولکول بزرگتر میباشد که الکترونهایش آزادی عمل بیشتری دارند.
بنابراین نیروهای لاندن در مولکولهای فشرده و متقارن ، ضعیف تر از مولکول های با اتم های سبک ، طویل و استوانهای شکل (سطح زیاد مولکول) میباشد و به همان علت نقاط ذوب و جوش این ترکیبات فشرده کمتر از مولکولهای بزرگ میباشد، هرچند که جرم مولکولی یکسانی داشته باشند.
نيروي واندروالسي به چه عواملي بستگي دارد؟
1- هر چه جرم مولكولي بيشتر باشد نيروي واندروالس بين مولكولها بيشتر است. و هر چه نيروي واندوالسي بيشتر باشد يعني مولكولها سفت تر هم را چسبيده اند پس نقطه ي جوش و ذوب بالاتر است.
2- هر چه تعداد اتمها در ساختار يك مولكول بيشتر باشد نيروي واندروالس بين دو مولكول بيشتر است و بنابر اين نقطه ي ذوب و جوش بالاتر است. مثلا S8 نيروي واندروالس بيش از P4 دارد.
منشا و دلیل بوجود آمدن این نیروی بین مولکولی در سال 1930، توسط "فرتیز لاندن" توضیح داده شد. این نیرو همانند سایر نیروهای بین مولکولی (دوقطبی - دوقطبی و پیوند هیدروژنی ( ماهیت الکتریکی دارد. اما برخلاف آنها که از قطبیت دائم مولکولها بوجود میآیند، نیروی لاندن (یا پراکندگی) از جدایی بار موقتی و لحظهای در درون یک مولکول حاصل میشود.
مولکولهای غیرقطبی ، دوقطبی دائمی ندارند ولی با وجود این ، تمام مواد غیرقطبی را میتوان مایع کرد. از اینرو ، علاوه بر نیروی دوقطبی - دوقطبی ، باید نوع دیگری از نیروی بین مولکولی وجود داشته باشد. وجود نیروهای پراکندگی در مولکولها بعنوان یک اصل پذیرفته شدهاست. تصور میشود این نیروها ناشی از حرکت الکترونها باشد. در یک لحظه از زمان ، ابر الکترونی یک مولکول بنحوی تغییر شکل میدهد که یک دوقطبی لحظهای بوجود میآید که در آن ، قسمتی از مولکول به مقدار بسیار کم منفیتر از قسمت های دیگر است و در لحظه بعد ، بعلت حرکت الکترون ها جهت دوقطبی لحظهای تغییر میکند.
اثر این دوقطبی های لحظهای در طول زمان بسیار کوتاه ، یکدیگر را حذف میکنند، بصورتی که مولکول غیر قطبی فاقد دوقطبی دائمی میشود. ولی دوقطبی های مواج لحظهای یک مولکول ، دوقطبی های نظیر خود را در مولکولهای مجاور القا میکنند و حرکت همزمان الکترون های مولکولهای مجاور باعث ایجاد نیروی جاذبه بین این دو قطبی های لحظهای ، نیروی لاندن را تشکیل میدهند. نیروی لاندن بین مولکول های قطبی هم وجود دارد، اما تنها نیروی بین مولکولی موجود در مولکول های غیرقطبی است.
منشأ ایجاد این نیروها ، حرکت الکترون ها میباشد. الکترونها در مولکول های غیرقطبی مانند H2 بطور متوسط به هر اندازه که به یک هسته نزدیک باشند، به همان اندازه به هسته دیگر نزدیکند. اما در یک لحظه ابر الکترونی میتواند در یک انتهای مولکول متمرکز شود و در لحظه بعد این ابر الکترونی در انتهای دیگر مولکول باشد.
چگالی لحظهای الکترون ها در یک طرف مولکول و قسمت دیگر آن یک دوقطبی موقت در مولکول H2 بوجود میآورد. این موضوع به نوبه خود یک دوقطبی مشابه در مولکول مجاور القا میکند. این دوقطبیهای موقت که هر دو در یک مسیر جهتیابی شدهاند، نیروی جاذبهای میان مولکول ها ایجاد میکنند که به نیروی پراکندگی یا لاندن معروف است.
عوامل موثر در ایجاد نیروهای لاندن
قدرت نیروهای لاندن به این بستگی دارد که وقتی یک دوقطبی موقت در مجاورت یک مولکول برقرار میشود، با چه سهولتی میتواند توزیع الکترونی آن مولکول را قطبیده کند. سهولت قطبی شدن در درجه اول به اندازه مولکول بستگی دارد. دوقطبی شدن مولکول های بزرگ که الکترون ها دورتر از هسته میباشند، آسان تر از مولکولهای کوچک که الکترون ها به هسته نزدیک هستند صورت میگیرد. با افزایش اندازه مولکول و وزن مولکول بر قدرت نیروهای لاندن افزوده میشود.
البته نیروهای لاندن بیشتر به اندازه و شکل مولکول بستگی دارند تا به جرم آن. از میان دو مولکولی که دارای وزن مولکولی یکسان ولی شکل و اندازه مختلفی هستند، الکترون های مولکول کوچکتر و فشرده تر آزادی کمتری دارند و دوقطبی لحظهای براحتی در مولکول ایجاد نمیشود. بنابراین نیروی بین مولکولی آنها ضعیفتر از نیروی بین مولکولی مولکول بزرگتر میباشد که الکترونهایش آزادی عمل بیشتری دارند.
بنابراین نیروهای لاندن در مولکولهای فشرده و متقارن ، ضعیف تر از مولکول های با اتم های سبک ، طویل و استوانهای شکل (سطح زیاد مولکول) میباشد و به همان علت نقاط ذوب و جوش این ترکیبات فشرده کمتر از مولکولهای بزرگ میباشد، هرچند که جرم مولکولی یکسانی داشته باشند.
نيروي واندروالسي به چه عواملي بستگي دارد؟
1- هر چه جرم مولكولي بيشتر باشد نيروي واندروالس بين مولكولها بيشتر است. و هر چه نيروي واندوالسي بيشتر باشد يعني مولكولها سفت تر هم را چسبيده اند پس نقطه ي جوش و ذوب بالاتر است.
2- هر چه تعداد اتمها در ساختار يك مولكول بيشتر باشد نيروي واندروالس بين دو مولكول بيشتر است و بنابر اين نقطه ي ذوب و جوش بالاتر است. مثلا S8 نيروي واندروالس بيش از P4 دارد.
نقل از: وبلاگ شیمی جهانتاب
+ نوشته شده در دوشنبه بیست و چهارم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 6:59 توسط گروه شیمی شهرقدس
|
به نام خدا