Kémia | Tanulmányok, esszék » Kadocsa Botond - Másodrendű kémiai kötések

MÁSODRENDŰ KÉMIAI KÖTÉSEK Dipólus-dipólus kölcsönhatás A dipólus-dipólus kölcsönhatás a molekulavonzás -vagy más néven a másodrendű kötések - egyik típusa. Létrejöttének oka az ún. orientációs effektus, ami az állandó jellegű dipólus molekulák között fellépő vonzásból adódik. Ugyanis az aszimmetrikus töltéseloszlásúak, az azonos töltések taszítják az ellentétes töltések vonzzák egymást, s így orientált elrendeződés alakul ki: a dipólusok ellentétes töltésükkel egymás felé fordulnak. A dipólus-dipólus kölcsönhatás során a dipólus molekulák ellentétes pólusai közötti vonzás tartja össze a molekulákat. Hőmérséklet csökkenés hatására a kölcsönhatás következtében a molekulák közötti rend egyre irányítottabbá válik; szabályos elrendeződésű molekulahalmazok jönnek létre (elsősorban kristályos állapotban). Energiaközlés hatására ezek a molekulahalmazok részben vagy egészben

felbomlanak, de ekkor is (folyadékban) igyekeznek irányítottan ellentétes töltésükkel kapcsolódva elhelyezkedni. Diszperziós kölcsönhatás A diszperziós kölcsönhatás a van der Waals molekulavonzás egyik típusa, amely apoláris molekulák között alakul ki. A kötés létrejöttének oka az ún diszperziós effektus Ennek a lényege az, hogy mivel a molekulákban az elektron az atommaghoz viszonyítva rezgést végez ezért az egymás közelébe kerülő apoláris molekulák deformálják egymás elektronfelhőjét, ezért átmenetileg dipólussá válnak, és gyenge kölcsönhatás alakul ki közöttük. (A "diszperziós" elnevezés arra utal, hogy a fénynek atomokon és molekulákon való szóródása - diszperziója - is az átmenetileg képződő dipólusokra vezethető vissza.) A létrejövő kölcsönhatás erőssége attól függ, hogy a molekula elektronfelhője milyen könnyen deformálható. Ha "laza" az elektronszerkezet, azaz

viszonylag nagyméretű a molekula, akkor erősebb a kölcsönhatás. Pélául a jódmolekulák között sokkal erősebb diszperziós kölcsönhatás alakul ki, mint a sokkal kisebb méretű fluormolekulák között. Ha a molekulák nagy felületen érintkeznek, akkor az egész felületen fellép a kölcsönhatás. Például a benzolmolekula (C 6 H 6 ) lapos korong alakú felületei között nagyobb diszperziós kölcsönhatás lép fel, mint a neki megfelelő molekulatömegű, gömb alakú telítetlen szén-hidrogén molekulák között. A diszperziós effektusra visszavezethető van der Waals-erők egyaránt fellépnek poláros molekulák, dipólus nélküli molekulák és atomok között is. A nemesgázok atomjait cseppfolyós és szilárd állapotban kizárólag diszperziós eredetű dipólusok között fellépő kapcsolat tartja össze. Hidrogénkötés A másodrendű kötéseknek azt a fajtáját, ahol egy hidrogénatom létesít kötést két másik atom között

hidrogénkötésnek nevezzük. Az olyan molekulák között, amelyekben a nagy elektronegativitású (és kis rendszámú) fluor- oxigén- vagy nitrogénatom hidrogénhez kapcsolódik, jóval nagyobb összetartó erők lépnek fel, mint a van der Waals-erők. Az ilyen molekulák között asszociáció figyelhető meg gáz, folyékony és szilárd állapotban egyaránt. A hidrogénkötés kialakulásának oka, hogy ezek a kis rendszámú, nagy elektronegativitású atomok a velük kovalens kötésben lévő hidrogén elektronját magukhoz vonzzák, ezzel a hidrogénatomból mintegy proton képződik. Az elektronburkától csaknem teljesen megfosztott proton elektronigényét a szomszédos molekulában lévő, elektronokkal jól ellátott atom (fluor, oxigén, nitrogén) elektronpárjával elégíti ki. Ebben a molekulában is van azonban elektronburkától csaknem teljesen megfosztott proton, ez is kölcsönhatásba lép a következő molekulával és így tovább. A

hidrogénkötés más molekulák között gyűrűvé záródó szerkezetet eredményez. Például a karboxilsavak dimer molekulákat képeznek, amelyek folyékony állapotban is stabilisak: Tehát a hidrogénkötés létrejöttének feltétele: - a hidrogén nagy elektronegativitású atomhoz kapcsolódjon X H (X lehet: F-, O-, N-atom) - legyen nemkötő elektronpár a molekulában (a hidrogénkötés - a többi másodlagos kötéshez hasonlóan - nem feltétlenül egyforma molekulák között jön létre, a nemkötő elektronpár lehet egy másik anyag molekulájában is.) (a δ a töltés kis hányadát jelenti) δ+ δδ+ δH X: . H X: a hidrogénkötés távolsága A hidrogénkötés a másodrendű kémiai kötések közül a legerősebb kölcsönhatás, irányított kötés, kötési energiája kb. egy nagyságrenddel nagyobb, mint a többi másodrendű kötésnek A hidrogénkötés következményei: - a moláris tömeg alapján várhatónál sokkal magasabb olvadás- és

forráspont - nagyobb belső súrlódás (viszkozitás) - nagyobb hőkapacitás (például a vízzel viszonylag sok hőt kell közölni, hogy a hőmérséklete 1 °C-al emelkedjen) - nagyobb felületi feszültség Például a víz tulajdonságait a vízmolekulák között fellépő erős hidrogénkötés magyarázza. A jégben ezek a kötések merevednek meg, ezzel magyarázható hogy a jég sűrűsége kisebb mint a vízé