LỰC LƯỠNG CỰC LƯỠNG CỰC LÀ GÌ? - HÓA HỌC - 2026

Lực lưỡng cực lưỡng cực hay lực Keesom là những tương tác giữa các phân tử có trong các phân tử có mômen lưỡng cực vĩnh viễn. Nó là một trong những lực Van der Waals và mặc dù nó không phải là lực mạnh nhất, nhưng nó là yếu tố chính giải thích các tính chất vật lý của nhiều hợp chất.

Thuật ngữ "lưỡng cực" dùng để chỉ hai cực: một cực âm và một cực dương. Do đó, chúng ta nói về phân tử lưỡng cực khi chúng có các vùng xác định của mật độ điện tử cao và thấp, điều này chỉ có thể thực hiện được nếu các điện tử ưu tiên "di chuyển" về phía nguyên tử nhất định: âm điện nhất.

Hình ảnh trên minh họa tương tác lưỡng cực-lưỡng cực giữa hai phân tử AB với mômen lưỡng cực vĩnh viễn. Tương tự như vậy, có thể quan sát cách định hướng của các phân tử để tương tác hiệu quả. Như vậy, vùng dương δ + hút vùng âm δ-.

Theo như trên, có thể xác định đây là loại tương tác có hướng (không giống như tương tác ion-điện tích). Các phân tử trong môi trường của chúng định hướng các cực của chúng theo cách mà mặc dù chúng yếu, nhưng tổng tất cả các tương tác này mang lại cho hợp chất sự ổn định liên phân tử lớn.

Điều này dẫn đến các hợp chất (hữu cơ hoặc vô cơ) có khả năng hình thành tương tác lưỡng cực-lưỡng cực có điểm sôi hoặc điểm nóng chảy cao.

Thời điểm lưỡng cực

Mômen lưỡng cực µ của phân tử là một đại lượng vectơ. Nói cách khác: nó phụ thuộc vào các hướng có gradient phân cực. Làm thế nào và tại sao gradient này bắt nguồn? Câu trả lời nằm trong các liên kết và bản chất bên trong của nguyên tử của các nguyên tố.

Ví dụ, trong hình trên A có độ âm điện hơn B nên trong liên kết AB mật độ electron cao nhất nằm xung quanh A.

Mặt khác, B “từ bỏ” đám mây electron của nó và do đó, được bao quanh bởi một vùng nghèo electron. Sự khác biệt về độ âm điện giữa A và B tạo ra gradient phân cực.

Khi một vùng giàu electron (δ-) trong khi vùng kia nghèo electron (δ +), hai cực xuất hiện, tùy thuộc vào khoảng cách giữa chúng, tạo ra các cường độ µ khác nhau, được xác định cho mỗi hợp chất .

Đối diện

Nếu một phân tử của một hợp chất nào đó có µ = 0, thì nó được cho là một phân tử cực (ngay cả khi nó có các gradien phân cực).

Để hiểu tính đối xứng - và do đó hình học phân tử - đóng một vai trò quan trọng như thế nào trong tham số này, cần phải xem xét lại liên kết AB.

Do sự khác biệt về độ âm điện của chúng, có những vùng xác định giàu và nghèo electron.

Điều gì sẽ xảy ra nếu các liên kết là AA hoặc BB? Trong các phân tử này sẽ không có mômen lưỡng cực, vì cả hai nguyên tử đều hút các điện tử của liên kết về phía chúng theo cùng một cách (liên kết cộng hóa trị một trăm phần trăm).

Như có thể thấy trong hình ảnh, cả trong phân tử AA và phân tử BB đều không quan sát được vùng giàu hay nghèo electron (đỏ và xanh). Ở đây một loại lực khác có nhiệm vụ giữ A ₂ và B _{2 lại với nhau} : tương tác lưỡng cực-lưỡng cực cảm ứng, còn được gọi là lực Luân Đôn hoặc lực phân tán.

Ngược lại, nếu các phân tử thuộc loại AOA hoặc BOB, thì sẽ có lực đẩy giữa các cực của chúng vì chúng có điện tích bằng nhau:

Vùng δ + của hai phân tử BOB không cho phép tương tác lưỡng cực-lưỡng cực hiệu quả; điều tương tự cũng xảy ra đối với vùng δ- của hai phân tử AOA. Tương tự như vậy, cả hai cặp phân tử đều có µ = 0. Gradient phân cực OA bị hủy véc tơ với liên kết AO.

Do đó, lực phân tán cũng phát huy tác dụng trong cặp AOA và BOB, do không có sự định hướng hiệu quả của các lưỡng cực.

Sự bất đối xứng trong các phân tử phi tuyến

Trường hợp đơn giản nhất là của phân tử CF ₄ (hoặc loại CX ₄ ). Ở đây, C có dạng hình học phân tử tứ diện và các vùng giàu electron được tìm thấy ở các đỉnh, cụ thể là trên các nguyên tử độ âm điện của F.

Gradient phân cực CF hủy theo bất kỳ hướng nào của tứ diện, làm cho tổng vectơ của tất cả chúng bằng 0.

Do đó, mặc dù tâm của tứ diện rất dương (δ +) và các đỉnh của nó rất âm (δ-), phân tử này không thể hình thành tương tác lưỡng cực-lưỡng cực với các phân tử khác.

Định hướng của lưỡng cực

Trong trường hợp các phân tử AB thẳng, chúng được định hướng theo cách mà chúng tạo thành các tương tác lưỡng cực-lưỡng cực hiệu quả nhất (như thể hiện trong hình trên). Điều trên có thể áp dụng tương tự cho các dạng hình học phân tử khác; ví dụ, góc trong trường hợp phân tử NO ₂ .

Do đó, những tương tác này xác định xem hợp chất AB là chất khí, chất lỏng hay chất rắn ở nhiệt độ phòng.

Trong trường hợp các hợp chất A ₂ và B ₂ ( là hợp chất của quỳ tím), rất có thể chúng ở thể khí. Tuy nhiên, nếu các nguyên tử của nó rất cồng kềnh và dễ phân cực (làm tăng lực London), thì cả hai hợp chất có thể ở thể rắn hoặc lỏng.

Tương tác lưỡng cực-lưỡng cực càng mạnh thì lực dính giữa các phân tử càng lớn; tương tự như vậy, nhiệt độ nóng chảy và điểm sôi của hợp chất càng cao. Điều này là do nhiệt độ cao hơn là cần thiết để "phá vỡ" các tương tác này.

Mặt khác, sự gia tăng nhiệt độ làm cho các phân tử dao động, quay và chuyển động thường xuyên hơn. "Sự kích động phân tử" này làm suy yếu sự định hướng của các lưỡng cực và do đó lực liên phân tử của hợp chất bị yếu đi.

Tương tác liên kết hydro

Trong hình trên, năm phân tử nước tương tác với nhau bằng các liên kết hydro. Đây là một dạng tương tác lưỡng cực-lưỡng cực đặc biệt. Vùng nghèo electron bị chiếm bởi H; và vùng giàu điện tử (δ-) bị chiếm bởi các nguyên tử N, O và F có độ âm điện cao.

Tức là các phân tử có nguyên tử N, O và F liên kết với H có thể hình thành liên kết hydro.

Do đó, các liên kết hydro là OHO, NHN và FHF, OHN, NHO, v.v. Các phân tử này có mômen lưỡng cực vĩnh viễn và rất mạnh, định hướng chính xác để "tận dụng" các cầu nối này.

Chúng yếu hơn về mặt năng lượng so với bất kỳ liên kết cộng hóa trị hoặc liên kết ion nào. Mặc dù, tổng tất cả các liên kết hydro trong pha của một hợp chất (rắn, lỏng hoặc khí) làm cho nó thể hiện các đặc tính xác định nó là duy nhất.

Ví dụ, đó là trường hợp của nước, mà các liên kết hydro chịu trách nhiệm cho nhiệt độ sôi cao của nó và ít đậm đặc hơn ở trạng thái băng so với nước lỏng; lý do tại sao các tảng băng trôi nổi trên biển.

Người giới thiệu

1. Lực lượng lưỡng cực-Dipole. Được truy cập vào ngày 30 tháng 5 năm 2018, từ: chem.purdue.edu
2. Học tập vô biên. Lực lưỡng cực-Dipole. Được truy cập vào ngày 30 tháng 5 năm 2018, từ: Course.lumenlearning.com
3. Jennifer Roushar. (2016). Lực lượng lưỡng cực-Dipole. Truy cập ngày 30 tháng 5 năm 2018, từ: sophia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (Ngày 3 tháng 5 năm 2018). Ví dụ về liên kết hydro là gì? Truy cập ngày 30 tháng 5 năm 2018, từ: thinkco.com
5. Mathews, CK, Van Holde, KE và Ahern, KG (2002) Hóa sinh. Ấn bản thứ ba. Addison Wesley Longman, Inc., Trang 33.
6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Hóa học. (Xuất bản lần thứ 8). CENGAGE Learning, tr 450-452.
7. Người dùng Qwerter. (Ngày 16 tháng 4 năm 2011). Mô hình 3D liên kết hydro trong toilet. . Được truy cập vào ngày 30 tháng 5 năm 2018, từ: commons.wikimedia.org