Что такое дипольные силы?

Дипольные силы описывают форму взаимодействия между молекулами. Подобно магнитам, молекулы часто полярны; у них есть положительные и отрицательные заряды с разных сторон в зависимости от их молекулярной структуры. Положительная часть одной молекулы может привлекать отрицательную часть другой, объединяя их. Есть два разных типа дипольных сил; некоторые из них постоянны, а некоторые - только на мгновение. Оба вида оказывают значительное влияние на взаимодействие между молекулами.

Временные мгновенные дипольные силы известны как лондонские дисперсионные силы. Электроны в атомах очень подвижны и могут совмещаться таким образом, чтобы происходил временный диполь или разделение положительных и отрицательных зарядов. Когда это происходит с несколькими молекулами одновременно, могут возникать короткие силы притяжения или отталкивания. Этот процесс основан на вероятности того, что расположение электронов в данном атоме или молекуле будет существовать определенным образом в определенное время. Лондонские дисперсионные силы, несмотря на их относительную редкость в отдельных атомах и молекулах, значительны, потому что огромное количество атомов или молекул, обычно присутствующих в данном веществе, почти гарантирует, что по крайней мере некоторые из них будут взаимодействовать через мгновенные диполи.

Постоянные дипольные силы известны как диполь-дипольные взаимодействия или взаимодействия Кизома и существуют между полярными молекулами. Молекула имеет тенденцию иметь постоянный диполь, когда она состоит из атомов, которые имеют различные значения электроотрицательности. Электроотрицательность - это свойство атомов или молекул, которое описывает их способность притягивать электроны к себе и образовывать связи с другими атомами или молекулами. Когда атомы с разными значениями электроотрицательности связываются и образуют молекулы, они имеют тенденцию иметь постоянные, разные заряды в разных частях своих структур. Когда молекулы с постоянными диполями находятся рядом с другими молекулами с постоянными диполями, между полярными частями молекул возникает много сильных притягательных и отталкивающих взаимодействий.

Водородные связи представляют собой третий вид межмолекулярного взаимодействия, вызванного дипольными силами, и представляют собой еще одну форму постоянных дипольных взаимодействий. Они могут встречаться только между водородом и другим атомом, отсюда и название. Другим атомом может быть кислород, фтор или азот. Водородные связи по существу являются более сильной формой диполь-дипольных взаимодействий.

Водородные связи, вероятно, являются наиболее важными из различных видов дипольных сил из-за их воздействия на воду. Молекулы воды очень полярны из-за их расположения электронов, и они имеют тенденцию проявлять большое количество водородных связей. Атомы водорода в одной молекуле воды могут взаимодействовать с атомами кислорода в других молекулах воды. Эта степень притяжения дает воде многие свойства, необходимые для ее жизненно важной роли в окружающей среде Земли, такие как сплоченность и высокая температура кипения. Для преодоления водородных связей требуется значительное количество энергии, что обеспечивает большую стабильность в среде, которая в основном состоит из воды.