Van Der Waal'i jõud

Van Der Waals Forces: London Dispersion Forces, Dipole Attractions, and Hydrogen Bonds.

Siiani oleme keemias puudutanud

molekulide vahelisi suhteid,nimelt metallide molekulide puhul,

ning kuidas nad üksteist mõjutavad tingituna aatompilvest

ja vee molekulidest .

Kuid siiski oleks hea , kui vaataksime üle kõik

erinevad tüüpi molekulaarsuhted ning

nende mõju aine keemis- ning

sulamispunktidele.

Alustan "nõrgemaist" . Ütleme , et mul

on hulk heeliumit .

Kujutan heeliumi molekuli aatomitena.
Vaadates

perioodilisus tabelisse , siis märkame , et nii

võime kujutada kõiki väärisgaase .

Iva on peidus selles , et väärisgaasid on n.ö õnnelikud .

Nende kõige välimine kiht on täidetud .

Võtame neooni või heeliumi --- kujutan neooni,

aga kuna neooni viimane orbitaal on täidetud , siis me

võime seda ka kujutada kui ka lihtsalt neoon ja see on "õnnelik" .

Ta on täiesti endaga rahul .

Võrreldes antud juhtumit maailmaga , kus kõik on rahulolevad,

ei teki aatomil põhjust elektrone ära anda või juurde võtta ,

seega on elektronid

jaotatud võrdselt ümber aatomi , mis tähendab , et

tegemist on neutraalsete aatomitega . Nad ei soovi üksteist

siduda või midagi muud sarnast teha , seega nad lihtsalt

hõljuvad ja ei

mõjuta üksteist .

Ilmneb , et neoon on ka vedelas olekus , kui saavutada

piisavalt madal temperatuur ning fakt , et pole niisama vedelas

olekus tähendab, et peavad olemas olema jõud, mis

hoiavad neooni aatomeid üksteisega seotult .

Peamiselt väga madala temperatuuri tõttu , ei

ole piisavalt jõud, mis hoiaks neid seotuna ning

seega on ta tavaliselt gaasilises olekus.

Kuid madalatel temperatuuridel on võimalik saada selline

nõrk jõud , mis hakkab aatomeid

üksteisele lähendama.

See jõud tekib , sest

elektronid ei liigu mööda

konstantset orbitaali.

Nad on tõenäosuslikud.

Kui me kujutame neooni mitte

korrapäraste valentselektronidena ,

siis me võime teda kujutada kui

elektronpilvena ning

selline on tema pilve tõenäoliselt ka päriselt .

1s2 ning välimise orbitaali kujutis on 2s2 2p6, kas pole?

Tema suurima energiaga elektron näeks siis

välja kuidas?

Sellele on 2s elektronkate .

1s elektronkate on selle sees ning omab p-orbitaale .

p-orbitaalid näevad väljad umbes nii erinevates mõõdetes.

Aga see ei ole peamine .

Teil on veel üks neooni aatom ning ma

kujutan ka selle pilvena .

Ma ei proovi jänest joonistada.

Kuid ma arvan , et te mõistate minu tegevust.

Vaadake elektronkonfiguratsiooni videosid , kui

te soovite selle kohta rohkem teada saada, kuid mõte nende

tõenäosuslike jaotuste taga on see , et elektronid võivad asuda ükskõik kus.

Võib juhtuda , et kõik

elektronid asuvad siin .

Võib olla ka hetk , kus

kõik elektronid on hoopiski siin.

Sama asi kehtib ka selle neooni aatomi puhul.

Kui te selle peale mõtlete, siis kõigist võimalikkest

konfiguratsioonidest nende kahe neooni aatomi puhul , on tegelikult

üpriski madal tõenäosus , et

elektronid on võrdselt jaotatud.

Tegelikult, tegelikult , ilmselt on

rohkem juhtumeid , kus elektronjaotus on

ühes neooni aatomis

ebavõrdne .

Seega kui selles neooni aatomis , kus hetkel on kaheksa valentselektroni ,

asetseksid need elektronid niimoodi,

siis kuidas

näeks välja neooni aatom?

Tal on ajutitselt ühel pool suurem

laeng kui teisel pool , eks ole ?

Tundub on nagu see pool oleks sellest poolest suurema

negatiivse laenguga ehk ta on vähem positiivsem.

Sarnaselt, kui mul on teine neooni aatom veel,siis

selle elektronid võivad asetseda niimoodi ,

nagu tahvlil kujutatud.

Olgu selle neooni aatomi kujutis tahvlil

järgmine .

See asub siin ja teen selle tumedalt , sest

tegemist on väga nõrga jõuga .

Seega on see aatom kergelt negatiivne .

Aga see on ainult negatiivne ühel kindlal ajahetkel , nagu

see , mis tahvlil kujutatud .

See on aga positiivne .

See pool on negatiivne .

See pool aga positiivne .

Seega on nende kahe aatomi vahel kujutatud ajahetkel

nõrk tõmbejõud ,

mis aga kaob järgmisel hetkel , sest

elektronid muudavad oma paigutust .

Kuid tähtis on mõista ,et

selline olukord, kus elektronid on sümeetriliselt ümber aatomi

jaotunud, on peaaegu võimatu.

Seega on elektronid alati asümmeetriliselt jaotunud ning

aatomil on olemas väike laeng .

Me ei kutsu seda polaarkäitumiseks , sest

see oleks natuke ebatäpne .

Alati on ühel või teisel aatomi poolel väike laeng ,

mis võimaldab

tõmbuda vastaslaengute kaudu

teiste sarnaselt elektriliselt mittebalansis olevate molekulidega

See on aga ülimalt nõrk jõud ning

seda kutsutakse Londoni dispersioonijõuks .

Mees , kes selle jõu avastas, Fritz London , ei olnud tegelikult inglane

vaid hoopiski algselt sakslane ning

alates 1945 USA kodakondne .

Seega saime Londoni dispersioonijõu , mis on

nõrgim der Waals´i jõududest .

Van der Waals .

Ma pole kindel , kas ma selle nime ka õigesti hääldasin .

Van der Waals´i jõud on üldmõiste sellisete jõudude jaoks , mis

on molekulidevahelised ning

antud juhul on molekul sama , mis aatomgi .

Võib ka öelda , et tegemist on üheaatomlise molekuliga .

Van der Waals´i jõud on klass jõudude jaoks ,mis

on molekulide vahel ning kus molekulid või aatomid pole seotud

ei kovalentselt ega ioonselt , nagu see on

kombeks soolade puhul , millede juurde jõuame varsti .

Nõrgimad neist on Londoni dispersioonijõud .

Seega neoon , tegelikult kõik väärisgaasid ,

on mõjutatud ainult

Londoni dispersioonijõudude poolt , mis on

nõrgimad molekulidevahelistest jõududest .

Selle jõu nõrkuse tõttu läheb vaja vähe

energiat , et muutata need gaasilisse seisundisse .

Seega väga madalatel temperatuuridel lähevad väärisgaasid

gaasilisse olekusse .

Selletõttu kutsutakse neid ka väärisgaasideks .

Tõenäoliselt käituvad nad nagu ideaalsed gaasid ,

sest neil peaaegu et puudub

üksteisevaheline külgetõmbejõud .

Piisav .

Mis juhtub aga siis , kui

meil on tegemist molekulidega , mis

on rohkem polaarsed ?

Võtame näiteks vesinikkloriidi .

Vesinik on tormaks ning

ei hoia oma väliskihi elektronidest kinni .

Kloor seevastu aga hoiab väga tugevasti oma väliskihi elektronidest kinni .

Kloor on üpriski elektronegatiivne .

Ta on vähem elektronegatiivne kui need elemendid .

Antud elemendid on väga elektronegatiivsed ,

aga kloor on

üpriski elektronegatiivne .

Seega kui meil on vesinikkloriid ,

siis kloor jagab ühte

elektroni vesinikuga .

Kloor jagab elektroni

vesinikuga .

Kuna kloor on rohkem elektronegatiivne kui vesinik ,

siis elektronid asuvad enamasti kloori ümbruses .

Seega saame , et vesiniku poolel on

positiivne laeng ning kloori poolel aga

negatiivne laeng .

See on analoogne

vesiniksidemetega .

Vesiniksidemed on sellist tüüpi sidemed , mida

kutsutakse ka dipoolseteks sidemeteks või seosteks .

Seega on mul üks kloriidi aatom , mis näeb välja nii ,

ning ka teine aatom , mis näeb

välja nii .

Kui mul oleks teine kloriidi aatom ---

kopeerin selle siit --- siis nende vahel

on selline tõmbejõud .

Teil on tõmbejõud nende kahe

vesinikkloriidi

molekuli vahel .

Positiivne pool sellest dipoolist kuulub

vesiniku poolele , sest elektronid on

nihkunud vasakule

kloori juurde .

Van der Waals´i jõudude tõttu on see dipoolidevaheline

side tugevam kui Londoni dispersioonijõud .

Selguse mõttes mainin ära ka selle , et Londoni dispersioonijõud esinevad

mistahes molekulseostes .

Aga ta on väga nõrk võrreldes suvalise

teise jõuga .

Ta mängib ainult siis rolli , kui on tegemist

väärisgaasidega .

Isegi antud juhul on tegemist ka Londoni dispersioonijõududega , kui

elektronjaotus juhtub mingil

ajahetkel paigast ära nihkuma .

Kuid see dipoolilt dipoolile side on kordades tugevam .

Kuna side on tugevam , siis kulub ka

rohkem energiat , et minna vedelasse seisundisse ning

veelgi rohkem , kui minna

gaasilisse olekusse .

Kui võtame veel elektronegatiivseid

elemente , nagu näiteks lämmastik ,

hapnik või fluor , siis

tekib eriline dipoolilt dipoolile side ,mis on

tegelikult ka vesinikside .

See on põhimõtteliselt sarnane olukorrale , kui teil oleks lihtsalt vesinikfluoriid .

Palju vesinikfluoriide hunnikus koos .

Kirjutan vaadeldava

valemi siia .

Fluoriid on ülimalt elektronegatiivne .

See on üks kolmest kõige elektronegatiivsemast aatomist

perioodilisus tabelis , ning seega

tõmbab ta kõik elektronid enda poole .

Seega on tegemist väga tugeva dipoolilt dipoolile sidemega ,

kus kõik elektronid koonduvad

fluoriidi poolele .

Seega on siin osaliselt positiivne laeng, siin aga

negatiivne , siin positiivne , siin negatiivne ,

siin positiivne , siin negatiivne laeng jne .

Seega on tegemist millegi sellisega , mis on ehe

näide dipoolsest sidemest .

Kuid see on väga tugev dipoolne side , seega

öeldakse selle kohta vesinikside , sest on tegemist vesiniku ja

väga elektronegatiivse aatomiga ning elektronegatiivne aatom

võtab ära vesiniku ühe elektroni .

Seega jääb vesinikule alles ainult prooton ,

mistõttu on tal ka positiivne laeng ning

tugevalt seotud negatiivse poolega .

Seega on tegemist Van der Waals´i jõududega .

Nendest nõrgim on Londoni dispersioonijõud .

Kui teil on molekul suhteliselt elektronegatiivse aatomiga ,

siis hakkab tekkima dipool , kus ühel pool

on molekul polaarne ning tekib side

positiivse ja negatiivse pooluse

poole vahel .

Tekib dipoolilt dipoolile side .

Sellest veel tugevam on aga vesinikside , eriti

seepärast, kuna elektronegatiivne aatom võtab

ära vesiniku

aatomi .

See on siiski jagatud seisus ,

aga asub tugevama poolel .

Kuna tegemist on tugev sidemega , siis sellest tugevusest

on tingitud ka kõrgem keemistemperatuur .

Seega saime , et meil on Lodoni dispersioonijõud , dipool ehk polaarsed sidemed ning

vesiniksidemed .

Need kõik kuuluvad aga Van der Waals´i jõudude hulka ,

aga tingituna molekulidevaheliste jõudude suurenemisest ,

tõusevad vastavalt ka keemistemperatuurid ,

sest kulub rohkem energiat , et sidet lõhkuda .

Järgmisese videos --- meie aega on otsa korral .

See on hea ülevaade

erinevat tüüpi molekulidevahelistest sidemetest ,

mis ilm tingimata ei pruugi olla kovalentsed ning ioonsed .

Järgmises videos räägin ma rohkem kovalentsetest ning

ioonsetest sidemetest ning

kuidas nad mõjutavad keemistemperatuuri .