Теперь у нас на очереди межмолекулярные взаимодействия.
Почему-то ими зачастую пренебрегают.
Надеюсь, что по итогам сегодняшней лекции вы поймете, насколько это неверно.
[МУЗЫКА] Как вы можете заметить,
межмолекулярные взаимодействия обладают намного меньшей энергией.
Но теме не менее, оно проявляются на больших расстояниях.
К таким взаимодействиям относятся Ван-дер-Ваальсовы силы,
которые затем уже делятся на диполь-дипольные, диполь-индуцированные и
дисперсионные взаимодействия, а также отдельно выделяются водородные связи.
Именно с них мы и начнем рассмотрение данного материала.
Водородные связи специфичны, и суть их состоит
в следующем: когда единственный электрон оттягивается от атома водорода, все ядро,
точнее, всего лишь протон, остается оголенным, и оно становится доступным
для взаимодействия с неподеленными парами других участников среды.
Несложно заметить,
что для водородных связей нужны наиболее электроотрицательные элементы.
И действительно, в таких соединениях как вода, H-фтор,
аммиак или H-хлор водородные связи проявляются наиболее ярко.
При этом важно отметить, что, несмотря на тему сегодняшней лекции,
водородные связи не всегда межмолекулярны.
Они проявляются, например, уже в салициловом альдегиде.
Водородные связи определяют форму полимеров.
Но, что самое важное,
именно за счет водородных связей держится двойная структура ДНК.
Очень интересным качественным анализом влияния
водородных связей является исследование температуры кипения.
Как вы можете заметить, вещества, в которых водородные связи
проявляются наиболее ярко, обладают повышенной температурой кипения.
И несложно себе это представить.
Когда у нас появляются некие новые взаимодействия в жидкости, молекулам
сложнее вырваться в газовую фазу, что приводит к повышению температуры кипения.
Давайте тепер поговорим про Ван-дер-Ваальсовы связи.
И начнем мы с диполь-дипольных взаимодействий.
По сути, это более общий случай водородных связей.
Только если раньше мы получали доступ ко всему ядру сразу,
то теперь мы, скорее всего, наткнемся на внутреннюю электронную оболочку.
Поэтому диполь-дипольные взаимодействия намного более слабые.
Сила же диполь-дипольных взаимодействий в первую очередь зависит
от величины дипольного момента.
И как мы снова можем видеть,
это все можно отследить по изменению температуры кипения.
Вроде бы одинаковые с точки зрения кипения, а именно сточки зрения величины
молекулярной массы вещества имеют настолько разные температуры кипения.
Также диполь-дипольные взаимодействия называются ориентационными,
так как диполи стараются ориентировать друг друга в пространстве.
Еще более слабыми являются диполь-индуцированные взаимодействия,
или так называемые индукционные взаимодействия.
Они проявляются, когда неполярная молекула взаимодействует с диполем.
Оказавшись в его поле, неполярная молекула приобретает
частичную поляризацию, что приводит к более слабым взаимодействиям.
Но самые интересные – это дисперсионные взаимодействия или лондоновские,
названные в честь ученого, который их впервые теоретически объяснил.
Эти взаимодействия могут проявляться даже у неполярных молекул.
Это связано с тем, что электронная оболочка не является
статичной, и могут происходить частичные временные изменения,
так называемые флуктуации, совершенно случайные.
Эти флуктуации могут приводить к появлению очень
краткосрочной поляризации даже у неполярных молекул.
Но этой краткосрочной поляризации будет хватать,
чтобы оказать взаимодействие на соседние молекулы,
которые также затем могут поляризоваться частично и так далее, и так далее.
Это самые слабые взаимодействия, но только за счет
подобных взаимодействий у нас могут сжижаться, например, благородные газы.
Мы можем снова отследить влияние диполь-дипольных, диполь-индуцированных
и особенно дисперсионных взаимодействий по изменению температуры кипения.
Например, для алканов у нас температура кипения возрастает,
когда мы получаем наиболее рыхлую электронную оболочку,
что позволяет нам более легко создавать дисперсионные взаимодействия.
Ну и напоследок давайте сделаем все еще интереснее.
В реальности Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия очень сложны для расчетов.
Это связано с тем, что они не аддитивны.
То есть для каждой новой геометрии мы должны заново проводить весь
объем рассчетов.
Это очень затратно.
Тем не менее, для простейших случаев все уже давно рассчитано.
И как вы можете видеть, например, для неполярного водорода у нас
не наблюдается ни ориентационных, ни индукционных взаимодействий.
Все Ван-дер-Ваальсовы силы сконцентрированы только
в дисперсионных взаимодействиях.
Тем не менее, переходя к высоко полярной воде, мы уже видим,
что основную роль играют ориентационные взаимодействия.
Порой Ван-дер-Ваальсовы силы могут проявляться в
совершенно причудливых формах.
Например, геккон держится на потолке именно за счет Ван-дер-Ваальсовых сил.
Также Ван-дер-Ваальсовы силы определяют ориентированность углеродных
нанотрубок или стекирование графена.
По сути, Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия можно сравнить разве что с zerg rush.
Каждый уникальный объект бесконечно слаб,
но тем не менее общей волной они играют определяющую роль.
Ну вот, наверное, и все, что я хотел вам рассказать на сегодня.
До встречи на следующей лекции.
[БЕЗ ЗВУКА]