יחידה 6 – כוחות בין-מולקולריים

סוגי כוחות

חשוב: כוחות בין-מולקולריים (IMF) הם בין מולקולות שונות. לא קשרים כימיים (שהם תוך-מולקולריים).

קשרי מימן

תנאים

קשר מימן נוצר כאשר:

1. $H$ קשור ישירות ל-$F$, $O$, או $N$ (אטומים קטנים ואלקטרושליליים מאוד)
2. המולקולה השנייה מכילה $F$, $O$, או $N$ עם זוג בודד

$\underset{\text{donor}}{X-H} \cdots \underset{\text{acceptor}}{:Y}$

כאשר $X, Y \in \{F, O, N\}$.

למה קשרי מימן חזקים יחסית?

• $H$ קטן מאוד → הצפיפות החיובית גבוהה
• $F/O/N$ אלקטרושליליים מאוד → מקטבים חזק את ה-$H$
• הזוג הבודד על $F/O/N$ נמשך ל-$H$ החיובי

דוגמאות

כוחות דיפול–דיפול

בין מולקולות קוטביות – הצד $\delta^+$ של אחת נמשך לצד $\delta^-$ של השנייה.

$\delta^+ \cdots \delta^-$

ככל שהדיפול גדול יותר ($\Delta EN$ גדול יותר) → הכוח חזק יותר.

כוחות לונדון (ואן-דר-ואלס / כוחות פיזור)

קיימים בכל מולקולה – גם לא קוטבית!

מנגנון: תנודות מקריות בענן האלקטרונים יוצרות דיפול רגעי → הוא משרה דיפול במולקולה שכנה → משיכה.

מה משפיע על חוזק לונדון?

דוגמה: $n$-pentane (נקודת רתיחה $36°C$) vs neopentane (נקודת רתיחה $9.5°C$) – אותה נוסחה ($C_5H_{12}$), אבל ה-$n$-pentane ארוך ומתוח → יותר שטח מגע → כוחות לונדון חזקים יותר.

פולריזביליות

מידת הקלות שבה ענן האלקטרונים של אטום/מולקולה מתעוות תחת השפעה חיצונית.

• אטום גדול → ענן רופף → פולריזביליות גבוהה → כוחות לונדון חזקים
• אטום קטן → ענן הדוק → פולריזביליות נמוכה

קשר לנקודת רתיחה

נקודת רתיחה = האנרגיה הנדרשת להפרדת המולקולות זו מזו. ככל שה-IMF חזקים יותר → נקודת רתיחה גבוהה יותר.

סדר ההשפעה

$\text{יוני} > \text{קשרי מימן} > \text{דיפול–דיפול} > \text{לונדון}$

אנומליה של מים

$H_2O$ ($M=18$) רותח ב-$100°C$ בעוד $H_2S$ ($M=34$) רותח ב-$-60°C$.

למה? $H_2O$ יוצר קשרי מימן (חזקים), $H_2S$ רק כוחות לונדון ודיפול–דיפול (חלשים).

דוגמה טיפוסית למבחן

שאלה: סדרו לפי נקודת רתיחה עולה: $CH_4$, $CH_3OH$, $CH_3Cl$, $CH_3CH_3$.

פתרון:

סדר: $CH_4 < CH_3CH_3 < CH_3Cl < CH_3OH$

טעויות נפוצות