Номер 4, страница 89 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 2. Химическая связь и строение вещества. Параграф 12. Межмолекулярные взаимодействия - номер 4, страница 89.

Условие.

4. Что представляют собой силы Ван-дер-Ваальса? Какие типы вандерваальсова взаимодействия существуют?

Решение.

Решение 2.

Что представляют собой силы Ван-дер-Ваальса?

Силы Ван-дер-Ваальса — это общее название для совокупности слабых межмолекулярных и межатомных взаимодействий, имеющих электростатическую природу. Они действуют между электрически нейтральными атомами или молекулами и значительно слабее ковалентных, ионных или металлических связей. Именно эти силы ответственны за отклонение поведения реальных газов от законов идеального газа (что впервые учел в своем уравнении Я. Д. Ван-дер-Ваальс), а также за конденсацию газов в жидкости и образование молекулярных кристаллов.

Вандерваальсовы силы являются короткодействующими. Энергия притяжения убывает с увеличением расстояния $\text{r}$ между взаимодействующими частицами, как правило, пропорционально $1/r^6$. На очень малых расстояниях, сопоставимых с размерами атомов, силы притяжения сменяются силами отталкивания, которые возникают из-за взаимного перекрытия электронных оболочек атомов (согласно принципу Паули).

Ответ: Силы Ван-дер-Ваальса — это слабые, короткодействующие электростатические силы притяжения и отталкивания между нейтральными атомами и молекулами, возникающие из-за флуктуаций в распределении их электронного заряда.

Какие типы вандерваальсова взаимодействия существуют?

Вандерваальсово взаимодействие представляет собой сумму трех основных составляющих:

1. Ориентационное взаимодействие (силы Кеезома). Оно возникает между полярными молекулами, то есть молекулами, обладающими постоянным дипольным моментом (например, $H_2O$, $HCl$). Взаимодействие заключается в электростатическом притяжении положительного конца одной молекулы к отрицательному концу другой. Эффективность этого притяжения зависит от взаимной ориентации молекул и снижается с ростом температуры из-за усиления теплового движения. Энергия взаимодействия для свободно вращающихся диполей $E_{ориент} \propto - \frac{1}{r^6}$.

2. Индукционное (поляризационное) взаимодействие (силы Дебая). Этот тип взаимодействия возникает между полярной и неполярной молекулами, либо между полярной молекулой и атомом. Электрическое поле постоянного диполя полярной молекулы поляризует неполярную частицу, то есть индуцирует (наводит) в ней временный диполь. Возникающее притяжение между постоянным и наведенным диполями и есть индукционное взаимодействие. Его энергия не зависит от температуры и также пропорциональна $E_{индукц} \propto - \frac{1}{r^6}$.

3. Дисперсионное взаимодействие (силы Лондона). Это универсальный компонент вандерваальсовых сил, действующий между любыми атомами и молекулами, включая неполярные (например, между атомами инертных газов $\text{Ar}$, $\text{Ne}$ или молекулами $CH_4$, $Cl_2$). Его природа объясняется квантовой механикой. Вследствие постоянного движения электронов в атоме или молекуле возникают мгновенные флуктуации электронной плотности, что приводит к появлению мгновенного диполя. Этот мгновенный диполь поляризует соседнюю частицу, создавая в ней индуцированный диполь. Взаимодействие этих скоррелированных мгновенных диполей приводит к возникновению силы притяжения. Для большинства молекул дисперсионное взаимодействие вносит наибольший вклад в общую энергию притяжения. Его энергия также пропорциональна $E_{дисп} \propto - \frac{1}{r^6}$.

Ответ: Существуют три основных типа вандерваальсова взаимодействия: ориентационное (между постоянными диполями), индукционное (между постоянным и наведенным диполями) и дисперсионное (между мгновенными наведенными диполями).