Влияние вандерваальсовых сил

Возможность перевода в жидкую или твердую форму неполярных соединений и таких элементов, как благородные газы, свидетельствует о том, что между их атомами или молекулами существуют силы притяжения. Для плавления твердого вещества и для кипения жидкости необходима энергия. Эта энергия расходуется на преодоление сил притяжения в неполярных веществах. Указанные силы притяжения представляют собой вандерваальсовы силы, которые обсуждались выше в данной главе. Дисперсионные вандерваальсовы силы существуют между любыми простыми молекулами, полярными либо неполярными. Вещества, состоящие из молекул или атомов, которые притягиваются друг к другу только такими силами, характеризуются низкими температурами плавления и кипения по сравнению с другими веществами приблизительно такой же относительной молекулярной массы.

Дисперсионные вандерваальсовы силы (притяжение типа мгновенный диполь - индуцированный диполь), как мы уже знаем, обусловлены флуктуациями распределения электронов в атомах или молекулах. Молекулы с большим числом электронов и более диффузным распределением электронов притягиваются друг к другу сильнее, чем малые молекулы с более тесно связанными электронами. Если, например, сравнить метан и бутан, то ясно, что распределение электронов в бутане является более диффузным, чем в метане, и поэтому для возникновения сил притяжения между молекулами бутана имеется больше возможностей. Температура кипения метана равна - 164°С. Бутан имеет намного более высокую температуру кипения: — 0,5°С.

По той же причине иод I2, в молекуле которого 106 электронов, имеет намного более высокую температуру кипения (165°С), чем хлор Cl2 (— 35°С), в молекуле которого только 34 электрона. Упорядоченное расположение в кристаллах молекул неполярных веществ, например иода или диоксида углерода, объясняется этими слабыми силами притяжения.

Вандерваальсовы силы обусловливают также связывающее взаимодействие между соседними слоями в кристаллах со слоистой структурой, как, например, в графите или иодиде кадмия. Поскольку эти силы невелики по сравнению с сильными ковалентными связями, которые удерживают атомы в одном слое, соседние слои сравнительно легко отделяются один от другого. Этим объясняется скользкая на ощупь («жирная») текстура графита и иодида кадмия.

 

Оглавление: