קשרי ואן דר ואלס


קשרי ואן דר ואלס

אינטראקציות ואן דר ואלס

אינטראקציות ואן דר ואלס הן כוחות משיכה בין-מולקולריים הנובעים ממבנה המולקולה ומקיטובים רגעיים או קבועים הנוצרים עקב תנועת האלקטרונים במולקולה.

דיברנו כבר על כך שבמולקולה ישנם אלקטרונים קושרים ולא קושרים וכמובן שישנם גם אלקטרונים שאינם מתוארים בייצוג האלקטרוני ומצויים ברמות האנרגיה הפנימיות.
כלל האלקטרונים שבמולקולה יוצרים ענן אלקטרונים סביב הגרעינים של האטומים במולקולה. נשתמש במושג זה בשיעור הזה ובהמשך.

ענן האלקטרונים הוא הכינוי לסך כל האלקטרונים שיש במולקולה.

נתחיל מדוגמה. לשם כך ניקח את טור ההלוגנים בטבלה המחזורית שכולל את הפלואור (F), הכלור (Cℓ), הברום (Br) והיוד (I).
כל הארבעה מופיעים בטבע כמולקולות דו-אטומיות F2, Cℓ2, Br2, I2. הפלואור והכלור הם גזים בטמפרטורת החדר, הברום הוא נוזל ואילו היוד הוא מוצק. איך נסביר את ההבדל במצבי הצבירה בין ארבעת החומרים הללו?
ראשית נציין שכל ארבעת החומרים הם חומרים מולקולריים. כלומר מורכבים ממולקולות. המולקולות מורכבות מאל-מתכות שביניהן קשרים קוולנטיים.

שנית נתייחס למצבי הצבירה. העובדה שחומר אחד הוא מוצק, השני נוזל ואחרים הם גזים בטמפרטורת החדר, אומרת לנו שהחומר שמצב הצבירה שלו מוצק, מאופיין במבנה שבו המולקולות צפופות יותר, לעומת הנוזל ובוודאי לעומת החומרים הגזיים. במצב גז מולקולות החומר רחוקות אחת מהשנייה וצפיפות החומר נמוכה יחסית למוצק ולנוזל.

נוכל להסיק שבדרך-כלל חומר שהמולקולות שלו קרובות יותר אחת לשנייה יהיה חומר שבין חלקיקיו או המולקולות שלו פועלים כוחות משיכה חזקים יותר. אפשר גם לומר שבין מולקולות החומר יש אינטראקציות חזקות יותר.

ננסה לבחון ממה נובע ההבדל בין ארבעת החומרים הנזכרים.

למדנו כבר בשיעור אלקטרושליליות וקוטביות הקשר שככל שמספר האלקטרונים גדול יותר, ישנן יותר אפשרויות לפיזורם במרחב האורביטלים שלהם. לכן נוצרים יותר קיטובים רגעיים.

נחזור על הדוגמה שתוארה באותו שיעור.
ניקח כלי המחולק לארבע תיבות ונבדוק מה מספר המצבים השונים למיקום כדור הבודד:

אנימצית 4 מצבים

4 מצבים שונים של כדור בכלי עם 4 תיבות

כפי שניתן לראות בציור, אפשר למקם את הכדור ב-4 מקומות שונים מה שיוצר 4 מצבים שונים.

עכשיו ננסה למקם 2 כדורים באותו כלי ונראה כמה מצבים שונים ניתן לייצר:

2 כדורים ותיבה עם 4 תאים יוצרים 10 מצבים שונים
הפעם אפשר לראות כי נוצרו 10 מצבים שונים.
נוכל לומר שככל שמספר הכדורים יגדל, מספר האפשרויות לארגן אותם בארבעת התאים ילך ויגדל. דבר דומה קורה כשענן האלקטרונים (סך האלקטרונים שיש במולקולה) גדל.
ככל שבענן האלקטרונים יש יותר אלקטרונים, מספר המצבים המיקרוסקופיים של ענן האלקטרונים יהיה גדול יותר. זאת אומרת שיהיו יותר אפשרויות לקיטובים רגעיים במולקולה וקיטובים אלו ישפיעו ויושפעו ממולקולות אחרות.

מהו קיטוב רגעי?

המשך התוכן בעמוד זה למנויים (חודשי/שנתי) בלבד

אם הינך מנוי/ה אנא הכנס שם משתמש וסיסמא!

אם אין ברשותך מנוי אנא בדוק/בדקי את תוכניות מנויים