Hêzên navmolekulî: xala kelandinê, zexta buharê û helînbarî

Kişandinên di navbera molekulan de, ne girêdanên di hundirê wan de

Girêdanên kovalent atomên molekulekê bi hev ve digirin. Hêzên navmolekulî (IMF) kişandinên pir qelstir ên di navbera molekulên cuda de ne, û ew in ku dema şilavek dikele an reqek dihele divê bêne derbaskirin. Dema av dikele, gaza ku çêdibe hê jî ji molekulên H₂O pêk tê; tu girêdanên O–H nayên şikandin. Tenê kişandinên di navbera molekulên cîran de têne têkdan.

Ji ber ku ev hêz diyar dikin molekul çiqas bi hêz bi hev ve diçespin, ew komek taybetmendiyên fîzîkî bi hev re kontrol dikin. IMF-yên xurttir bi gelemperî tê wateya xala kelandinê ya bilindtir, entalpiya buharbûnê ya bilindtir, zexta buharê ya nizmtir di germahiyeke diyarkirî de, û pir caran viskozîteya bilindtir û tengiya rûyê. Heke tu bikaribî IMF-yan rêz bikî, tu bi gelemperî dikarî hemûyan bi carekê rêz bikî.

Hêzên belavbûnê yên London di her maddeyê de

Hêzên belavbûnê ji ber ku belavkirina elektronan diguhere çêdibin. Di her kêliyê de elektronên di molekulekê de dibe ku hinekî ne yeksan bin, dîpoleke demkî çêdikin ku dîpoleke lihevhatî di cîranekê de çêdike. Her du demek kurt hev dikişînin, û nimûne di tevahiya şilavê de dubare dibe. Her atom û molekul hêzên belavbûnê hîs dike, polar be an na.

Hêza hêzên belavbûnê bi polarîzebûnê ve girêdayî ye, ango ewrê elektronan çiqas hêsan dikare werê tûjkirin. Molekulên mezintir bi elektronên zêdetir polarîzebûntir in, ji ber vê yekê hêzên belavbûnê bi gelemperî bi kêşa molar re di malbateke pêkhateyên wekhev de zêde dibin. Şikl jî girîng e: molekulên dirêj û belavbûyî ji yên kompakt û şaxdar ên bi heman formulê bêtir rûyê di têkiliyê de bi cîranên xwe re hene, ji ber vê yekê ew bi hêztir hev dikişînin.

Hêzên belavbûnê kêm nirx nekin. Di molekulên mezin de ew pir caran beşdariya herî mezin a kişandina giştî ye, tevî ku molekul polar jî be.

Kişandinên dîpol–dîpol û girêdana hîdrojenê

Molekulên polar dîpolên daîmî hene, ji ber vê yekê di şilavekê de meyl dikin ku bi dawiya beşî erênî ya molekulekê nêzîkî dawiya beşî neyînî ya yeke din werin rêzkirin. Ev kişandina dîpol–dîpol li hêzên belavbûnê yên ku her gav hene zêde dibe. Biryardana ka molekulek polar e hem polarîteyên girêdanan û hem şiklê wê hewce dike.

Girêdana hîdrojenê kişandineke dîpol–dîpol a bi taybet xurt e. Ew hewce dike atomeke hîdrojenê ya bi kovalent bi nîtrojen, oksîjen an flûorê ve girêdayî (dayîner) û cotek tenê li ser atomeke N, O an F ya nêzîk (wergir). Girêdana pir polar a N–H, O–H an F–H atoma hîdrojenê ya piçûk bi barekî beşî yê erênî yê mezin dihêle ku dikare bi cotek tenê ya wergir re nêzîk bibe.

Molekulek dikare wergir be bêyî ku dayîner be. Aseton, (CH₃)₂CO, li ser oksîjenê cotek tenê heye lê hemû hîdrojenên wê bi karbonê ve girêdayî ne, ji ber vê yekê molekulên asetonê nikarin bi hev re girêdana hîdrojenê çêbikin. Lê ew dikarin girêdanên hîdrojenê ji avê werbigirin, ku yek ji sedemên tevlihevbûna asetonê bi avê re di hemû nisbetan de ye.

Hêzên îyon–dîpol û helandina reqên îyonî

Dema reqeke îyonî di avê de dihele, her îyon bi molekulên avê yên ber bi wê ve rêzkirî tê dorpêç kirin: dawiyên oksîjenê yên beşî neyînî rû bi katyonan, û dawiyên hîdrojenê yên beşî erênî rû bi anyonan. Ev kişandina îyon–dîpol têra enerjiyê azad dike da ku beşeke mezin a enerjiya ji bo veqetandina îyonan ji krîstalê hewce dike hevseng bike. Kişandin ji bo îyonên bi barê bilindtir û mezinahiya piçûktir xurttir e.

Hêzên îyon–dîpol rave dikin çima bromîda potasyûmê di avê de bi hêsanî dihele lê di hegzanê de hema hema qet na, ku dîpoleke wê tune ye ku îyonan bikişîne. Rêzika giştî “wekhev wekhev dihelîne” vê kurt dike: made di çareserkerên ku hêzên wan ên navmolekulî dişibin yên wan de çêtirîn dihelin. Îod, molekuleke nepolar, di hegzanê de baş dihele, ku hêzên belavbûnê di navbera maddeya helandî û çareserker de bi yên di hundirê her maddeyeke paqij de berawird in.

Mînaka çareserkirî: sê şilavên bi kêşa molar a hema hema wekhev

Butan (CH₃CH₂CH₂CH₃), aseton ((CH₃)₂CO) û 1-propanol (CH₃CH₂CH₂OH) li gorî xala kelandinê rêz bike. Pêşî kêşên molar bide ber hev, bi kêşên atomî yên standard ên IUPAC ên heta du cihên dehyekan bidorkirî (H 1.01, C 12.01, O 16.00 g/mol). Butan, C₄H₁₀: 4(12.01) + 10(1.01) = 58.14 g/mol. Aseton, C₃H₆O: 3(12.01) + 6(1.01) + 16.00 = 58.09 g/mol. 1-Propanol, C₃H₈O: 3(12.01) + 8(1.01) + 16.00 = 60.11 g/mol. Girse ji ber 4% kêmtir ji hev cuda ne, ji ber vê yekê hêzên belavbûnê divê nêzîkî wekhev bin û cudahî dê ji polarîteyê werin.

Piştre hêzan dabeş bike. Butan tenê girêdanên C–C û C–H dihewîne û bi eslê xwe nepolar e, ji ber vê yekê tenê hêzên belavbûnê heye. Aseton girêdaneke polar a C=O di rêzkirineke sêgoşeyî-planar de heye ku betal nabe, ji ber vê yekê hêzên dîpol–dîpol lê zêde dike, lê girêdaneke O–H tune ye û nikare girêdanên hîdrojenê bide. 1-Propanol komeke O–H heye, ji ber vê yekê girêdana hîdrojenê lê zêde dike. Pêşbînî butan < aseton < 1-propanol e.

NIST Chemistry WebBook xalên kelandinê yên normal ên nêzîkî 273 K (0 °C) ji bo butanê, 329.3 K (56.2 °C) ji bo asetonê û 370.3 K (97.2 °C) ji bo 1-propanolê lîste dike, bi veguhertina T(°C) = T(K) − 273.15. Rêz bi pêşbîniyê re li hev tê. Heman ramîn zexta buharê li germahiya odeyê bi rêzeya berovajî rêz dike: butan di 25 °C de gaz e, aseton zû dibe buhar, û 1-propanol hêdîtir dibe buhar.

Mînaka çareserkirî: dema mezinahiya molekulî ji dîpolekê girantir e

Niha dietîl eter ((C₂H₅)₂O), 1-bûtanol (CH₃CH₂CH₂CH₂OH) û hegzan (C₆H₁₄) bide ber hev. Dietîl eter û 1-bûtanol îzomer in, her du C₄H₁₀O: 4(12.01) + 10(1.01) + 16.00 = 74.14 g/mol. Hegzan girantir e: 6(12.01) + 14(1.01) = 86.20 g/mol. Dietîl eter polar e lê girêdaneke O–H tune ye, 1-bûtanol dikare girêdana hîdrojenê çêbike, û hegzan nepolar e.

Di navbera her du îzomeran de, girêdana hîdrojenê biryarê dide: 1-bûtanol divê pir ji dietîl eter bilindtir bikele. Hegzan rewşa fêrker e. Argumanek tenê li ser polarîteyê wê di dawiyê de deyne, lê hegzan mezintir e, elektronên wê zêdetir in û zincîreke dirêjkirî ye, ji ber vê yekê hêzên belavbûnê yên wê ji yên eterê û kişandina wê ya qels a dîpol–dîpol mezintir in.

Nirxên NIST vê piştrast dikin: dietîl eter 307.7 K (34.6 °C), hegzan 341.9 K (68.8 °C) û 1-bûtanol 390.6 K (nêzîkî 117 °C). Dersa vê ew e ku berhevdanên polarîteyê di navbera molekulên mezinahiya wekhev de herî ewle ne. Dema mezinahî bi giranî ji hev cuda ne, pêşî belavbûnê bihesibîne û paşê bipirse ka dîpolek an girêdana hîdrojenê têra xurt e ku wê berovajî bike. Helînbarî jî hêzan dişopîne: hegzan hema hema di avê de nehelînbar e, dema ku 1-bûtanol, ku dikare bi avê re girêdana hîdrojenê çêbike, beşî helînbar e.

Xeletiyên ku dema berhevdana hêzên navmolekulî divê bêne dûrxistin

Berî rêzkirinê, her hêza ku her maddeyê heye lîste bike li şûna tenê ya herî xurt, û kêşên molar bibîne. Ev xeletiya herî berbelav radike, ku tenê berhevdana nîşanên wekî “polar” û “nepolar” e dema mezinahî tê paşguhkirin.

Xeletiyên jêrîn dubare di ravekirinên xala kelandinê û helînbarîyê de xuya dibin.

• Gotina ku kelandin girêdanên kovalent dişkîne. Kelandin molekulan ji hev vediqetîne; molekul bêkêmasî dimînin.
• Îdîakirina girêdana hîdrojenê ji bo her molekulê ku hîdrojenê dihewîne. Hîdrojen divê bi N, O an F ve girêdayî be.
• Dîtina maddeyên nepolar wekî bê hêzên navmolekulî. Hemû made hêzên belavbûnê hene.
• Rêzkirina molekulên bi mezinahiya pir cuda bi tenê polarîteyê, wekî mînaka hegzanê nîşan dide.
• Berovajîkirina meyla zexta buharê. IMF-yên xurttir tê wateya zexta buharê ya nizmtir û xala kelandinê ya bilindtir.
• Dîtina “wekhev wekhev dihelîne” wekî yasayekê li şûna rêzikeke tecrubeyî. Helînbarî bi entropî û germahiyê ve jî girêdayî ye.