Molekullararası təsir qüvvələri

Vikipediya, açıq ensiklopediya
Keçid et: naviqasiya, axtar

Molekullararası qüvvələr (MAQ) qonşu hissəciklər (atomlar, molekullar və ya ionlar) arasında hərəkət zamanı təsir göstərən cazibə və ya itələmə qüvvələridir. Bir molekulu bir yerdə  tutan molekuldaxili qüvvələrlə müqayisə edildikdə bu qüvvələr zəifdir. Atomlar arası elektron cütlərinin elektron paylanmasını təmin edən kovalent rabitə molekullar arasında təsir göstərən qüvvələrdən daha güclüdür.

Molekullararası qüvvələr haqqındakı araşdırmalar molekulyar səviyyədə qüvvələrin olması və iri miqyaslı müşahidələrdan başlayır. Mikroskopik qüvvələrə aid ilk istinad Alexis Clairaut'un çalışdığı Theorie de la figure de la Terre 'də toxunulmuşdur. Mikroskopik qüvvələrin araşdırılması ilə Laplace,Gauss,Maxwell və Boltzman kimi elm adamları məşğul olmuşlar.

Molekullararası cazibə qarşılıqlı təsiri aşağıdakı kimidir

  • İon-induksiyalanmış (iki qütblü) qarşılıqlı təsiri
  • İon-dipol qarşılıqlı təsiri
  • van der Vaals qüvvələri (Keesom qüvvəsi,Debay qüvvəsi və London dispersiya qüvvəsi)

Molekullararası qüvvələr haqqında məlumat özlülük,PVT məlumatları kimi böyük miqyaslı ölçmələr ilə əldə edilir.Mikroskopik faktorlar üçün əlaqələr Lennard-Cons və virial faktorlar tərəfindən verilir.

Dipol-dipol qarşılıqlı təsiri[redaktə | əsas redaktə]

Dipol-dipol qarşılıqlı təsiri molekullar arasında qalıcı dipollar arasındakı elektrostatik qarşılıqlı təsiridir. Bu qarşılıqlı təsirlər cazibə qüvvəsini artirmaq üçün molekulları siralamağa meyllidirlər(potensial enerji azalır) Dipol-dipol qarşılıqlı təsirinə misal olaraq hidrogen-xloridi(HCl) göstərmək olar:polyar molekulun müsbət sonu digər molekulun mənfi sonunu cəzb edir. Polyar molekullar arasında təmiz cazibə qüvvələri təsir göstərir.Polyar molekullara misal olaraq hidrogen xloridi (HCl) və xloroformu (CHCl3) göstərmək olar

Bəzən molekullar dipolyar qruplardan ibarətdir,lakin yekun dipol momentinə malik deyildir.Bu zaman molekul içində bir simmetriya olduğundan dipolların bir-birini yox etməsinə səbəb olur.Tetraxlormetan və karbon dioksid də bu cür molekullardandır.İki ayrı atom arasında dipol-dipol qarşılıqlı təsirinin sıfır olduğunu qeyd edək,çünki atomlar nadir hallarda daimi bir dipola sahib olurlar.

İon-dipol və ion-induksiyalanmış dipol qarşılıqlı təsiri[redaktə | əsas redaktə]

İon-dipol və ion-induksiyalanmış dipol qüvvələri dipol-dipol və induksiyalanmış dipol qarşılıqlı təsirləri eynidir,lakin sadəcə polyar və qeyri-polyar molekullar yerinə ionlar daxildir. İon-dipol və ion-induksiyalanmış dipol qüvvələri dipol-dipol qarşılıqlı təsirlərindən daha güclüdür,çünki hər hansı bir iounun yükü bir dipol momentinin yükündən daha böyükdür. İon-dipol rabitəsi hidrogen rabitəsindən daha güclüdür. Bir ion-dipol qüvvəsi nir ion və bir polyar molekulun qarşılıqlı təsiridir. Maksimum cazibə üçün pozitiv və neqativ qruplar yan-yana gəlir. Bir ion-induksiyalanmış dipol qüvvəsi bir ion və qeyri-polyar (polyar olmayan molekul) bir molekulun qarşılıqlı təsirindən baş verir. Dipol-induksiyalanmış dipol qüvvəsi kimi ,ion yükü qeyri-polyar molekulun elektron buludunun pozulmasına səbəb olur.

Hidrogen rabitəsi[redaktə | əsas redaktə]

Hidrogen rabitəsi elektromənfi bir atomun cütləşməmiş elektronları və azot,oksigem və florun atomuna bağlı bir hidrogen atomu arasındakı rabitədir.H rabitəsi əslində güclü bir elektrostatik dipol-dipol qarşılıqlı təsiridir.Lakin,kovalent rabitənin bəzi xüsusiyyətlərini daşıyır,istiqamətlidir,Van der Vaals qarşılıqlı təsirindən güclüdür.Hidrogen rabitəsinin molekullar arasında əmələ gəlməsinə baxmayaraq,o bir çox hallarda molekul daxilində də yaranır.

Hydrogen-bonding-in-water-2D.png

Molekullararası hidrogen rabitəsi,H rabitəsinə sahib olmayan digər qrup 16 hidridləri ilə qarşılaşdırıldığında suyun nə üçün (100 °C)temperaturda qaynadığını göstərir.Molekul daxili oksigen hidrogen rabitəsi ,proteinlərin və nuklein turşularının ikinci,üçüncü,dördüncü strukturlarından asılıdır.Həmçinin sintetik və təbii polimerlərin quruluşunda da önəmli rol oynayır.

Van der Vaals qüvvələri[redaktə | əsas redaktə]

Van der Vaals qüvvələri yüksüz atom və ya molekullar aarsındakı qarşılıqlı təsirdir. bu qüvvələr həmçinin qazların fiziki adsorbsiyası kimi hadisələrə səbəb olur,lakin böyük miqyaslı həcmlər arası universal cazibə qüvvəsidir.

Keesom (daimi dipollar arasında) qarşılıqlı təsiri[redaktə | əsas redaktə]

Van der Vaals qüvvələrinə ilk təsir yüklər (molekulyar ionlar) arasındakı elektrik qarşılıqlı təsirlərindən,dipollar (polyar molekullar üçün) ,dördlülər (bütün simmetrik molekullar) və daimi qütblərdən gəlir.Bu təsir Keesom qarşılıqlı təsiridir( Willem Hendrik Keesom-dan sonra bele adlandırılıb) Bu qüvvələr daimi dipollar (dipolyar molekullar) arasındakı cazibə qüvvələridir və temperaturdan asılıdırlar. Xaotik hərəkətdə olan polyar molekullar bir-birinə yaxınlaşdıqda onların dipollarının eyni yüklü qütbləri bir-birini dəf,müxtəlif yüklü qütbləri isə bir -birini cəzb edir.Daimi dipolların cəzbetmə və dəfetmə qüvvələrinin hesabına bu molekulların istiqamətlənmiş nizamlı düzülüşü yaranır.Makrosistemdə dipolların müxtəlif orientasiyaları mövcuddur və enerji kəmiyyətinin orta qiyməti sıfıra bərabərdir.Çünki bu vəziyyətdə molekullar arasında həm cəzbetmə həm dəfetmə qüvvələri bir-birini kompensasiya edir.Keesom qarşılıqlı təsir enejisi sabit iki dipolun qarşılıqlı təsir enejisindən fərqli olaraq məsafənin 6-cı dərəcəsi ilə mütənasibdir. Keesom qarşılıqlı təsiri yalnız molekullar arasında olur,eyni zamanda iki polyar molekul kimi daimi dipol momentinə sahibdir.Keesom qüvvələri çox zəif Van der Vaals qüvvələridir və elektrolit olan sulu məhlullarda təsir göstərmir.Aşağıdakı ifadədə qarşılıqlı təsirin orta qiyməti verilmişdir:

m = hər uzunluq üçün yük, = vakuumun  elektrik keçiriciliyi, = digər materialın dielektrik sabiti, T = temperatur ,k = Bolsman sabiti, ve r = molekullararası məsafə

Debay (daimi-induksiyalanmış dipoller) qüvvəsi[redaktə | əsas redaktə]

Bu qüvvələr həmçinin induksion (polyarizasiya-qütbləşmə) və ya Debay qüvvəsidir.Dönən daimi dipollar arasındakı qarşılıqlı təsirlərdən və qütbləşmiş atom və ya molekullar (qütbləşmiş dipollar) arasında yaranır.Bu qütbləşmiş dipollar daimi dipola malik digər molekulların elektronlarını itələyir.Daimi dipola malik bir molekul bənzər qonşu molekullarla cüt qütbləşirlər.Debay qüvvələri atomlar arasında yaranmır.Qütbləşmiş və daimi dipollar arasındaki qarşılıqlı təsir qüvvələri Keesom qüvvələri kimi temperaturdan asılı deyildir çünki qütbləşmiş dipol yer dəyişdirə bilər və qeyri-polyar molekulun ətrafında dönə bilər.Qütbləşmiş dipol qüvvələri bir molekuldakı daimi çoxlu qütb ilə digər molekuldakı qütbləşmiş çoxlu qütb arasındakı polyarizasyon olaraq yaranır.Bu qüvvə Debay qüvvəsi adlanır,Peter J.W. Debye’dən sonra belə adlandırılmışdır.Daimi və induksiyalanmış dipol arasındakı qarşılıqlı təsirə HCl və Ar arasındakı təsiri misal göstərmək olar.HCl-un H tərəfinə Ar-un elektronları çəkilir və ya HCl tərəfindən(Cl tərəfindən itələnir) və bir dipol yaranır. Qarşılıqlı təsirin enerjisi aşağıdakı kimidir :

= polyarizasiya (qütbləşmə)

Belə bir qarşılıqlı təsir hər hansı bir polyar molekul və qeyri-polyar/simmetrik molekul arasında yaranır.İnduksion qarşılıqlı təsiri dipol-dipol qarşılıqlı təsirindən çox zəifdir,Lakin London dispersiya qüvvələrindən güclüdür. 

London dispersiya qüvvəsi (dipol-induksiyalanmış dipol qarşılıqlı təsiri)[redaktə | əsas redaktə]

Üçüncü və ən əsas qüvvələrdən biri London və ya dispersiya qüvvəsidir (Fluktuasiya olunmuş dipol-induksiyalanmış dipol arasında).Bütün atom və ya molekulların sıfır olmayan ani dipol momentlərindən yaranır.Bu kimi bir qütbləşmə polyar yaxud qeyri-polyar molekullarda mənfi yüklü elektron buludlarının bir-birini itələməsi ilə yaranır.Artıq elektrona sahib olan bir atom az elektrona malik bir atoma nisbətən güclü London qüvvəsinə malikdir.London qüvvəsi qütbləşə bilən hissəciklər ücün önəmli komponentdir.Debay və Keesom qüvvələri daimi dipol tələb edir.London qüvvələri universaldır və atom-atom arasında təsir göstərir.London qüvvələrinin sıxlaşdırılmış sistemlərdə böyük miqyaslı həcmlər arasındakı qarşılıqlı təsirlərlə əlaqəli olduğu qeyd olunur.1937-ci ildə Hamaker böyük miqyaslı həcmər arasında Van der Vaals teoremini müəyyən etmişdir.  

Qüvvələrin nisbi gücü[redaktə | əsas redaktə]

Rabitə növü Dissosiasiya enejisi (kcal/mol)[9]
İon enerjisi 250–4000 [10]
Kovalent rabitə enerjisi 30–260
Hidrogen rabitəsi 1–12 (suda təxminən 5’dir)
0.5–2
London Dispersiya qüvvələri <1 to 15 (hidrokarbonların buxalaşma entalpiyalarından təxmin edilir)

Qeyd : Bu qarşılaşma ortalamadır.Hər hansı verilən bir maddə üçün ion və kovalent rabitə molekullararası qüvvələrdən güclüdür.  

Qazların davranışının təsiri[redaktə | əsas redaktə]

Molekullararası qüvvələr qısa məsafələrdə itələmə, uzaq məsafələrdə isə cazibə xarakterlidir (Lennard-Cons potensialına baxın) Bir qazda itələmə qüvvəsi əsas olaraq eyni həcmi örtən iki molekulun tutulması təsirinə sahibdir. Eyni temperatur və təzyiqdə real qaz ideal qazdan daha çox həcm tutmağa meyllidir. Cazibə qüvvələri molekulları bir yerdə saxlayır və daha kiçik həcm tutması üçün ideal bir qazdan real qaza doğru bir meyl göstərir. Qazlarda molekullararası məsafə böyükdür, bu səbəbdən molekullararası qüvvələr daha zəif təsir göstərir. İtələmə qüvvəsi cazibə qüvvəsini üstələyə bilmir, lakin molekulların istilik enerjisi cazibə qüvvəsini üstələyə bilir. Temperatur istilik enerjisinin ölçüsür, beləliklə artan temperatur cazibə qüvvəsinin təsirini azaldır. Buna zidd olaraq, itələmə qüvvəsinin təsiri özəlliklə temperaturdan asılı deyil. Öz kütləsini artırmaq üçün bir qaz sıxışdırıldığında, cazibə qüvvəsinin təsiri artır. Əgər bir qaz yetərincə sıx isə, molekullar yayılsın deyə qarşılıqlı təsirlər istilik hərəkətini üstələmək üçün arta bilər. Həmçinin bir qaz qatı və ya maye yaratmaq üçün sıxlaşdırıla bilər. Aşağı temperatur sıxlaşdırma fazasının meydana gəlməsinə səbəb olur. Cazibə və itələmə qüvvələri arasında sıx bir fazada balans vardır. 

Kvant mexaniki nəzəriyyə[redaktə | əsas redaktə]

Atom və molekullar arasındakı molekullararası qüvvələr, yuxarıda qeyd olunduğu kimi daimi və ani dipollar arasında yaranır. Bunun yerinə qarşılıqlı təsirin müxtəlif növlərini  hidrogen rabitəsi, Van der Vaals və dipol-dipol kimi qarşılıqlı təsirləri açıqlamaq üçün daha təməl bir nəzəriyyə axtarıla bilər. Molekullara kvant mexaniki fikirlərin tətbiq olunması və Rayleigh–Schrödinger nizamsızlıq nəzəriyyəsi bu nöqtədə təsirli ola bilər. Molekullararası qarşılıqlı təsirlərin kvant mexaniki açıqlaması olan kvant kimya metodları tətbiq olunduqda, bu qarşılıqlı təsirləri analiz etməklə istifadə edilə bilən metodların düzülməsini təmin edir.