Konu anlatımı
Moleküller birbirini zayıf da olsa çeker; aksi hâlde hiçbir molekül maddesi sıvı ya da katı olamazdı. Bu zayıf çekim kuvvetlerinin büyük bir bölümü van der Waals kuvvetleri adıyla anılır. Bu alt başlıkta van der Waals kuvvetlerinin türlerini, hangi tanecikler arasında oluştuklarını ve güçlerini karşılaştırmayı göreceksin.
Kalıcı dipollerin etkileşimleri
Polar moleküllerin bir ucu kısmi pozitif, öbür ucu kısmi negatif yüklüdür; bu tür moleküllere dipol denir. İki polar molekül arasında, birinin pozitif ucu ile ötekinin negatif ucu arasındaki çekime dipol-dipol etkileşimi denir; hidrojen klorür molekülleri arasında bu etkileşim vardır. Bir iyon ile polar bir molekül arasındaki çekime iyon-dipol etkileşimi denir. Sodyum klorür suda çözündüğünde Na⁺ iyonları su moleküllerinin oksijen uçlarını, Cl⁻ iyonları hidrojen uçlarını çeker. İyon-dipol etkileşimi van der Waals kuvvetleri içinde en güçlü olanıdır.
İndüklenmiş dipoller
Apolar bir molekülün elektron bulutu, yakınına gelen bir iyon ya da polar molekül tarafından bozulabilir; molekülde geçici bir dipol oluşur. Bu yolla oluşan dipole indüklenmiş dipol denir. Polar bir molekül ile apolar bir molekül arasındaki çekim dipol-indüklenmiş dipol etkileşimidir; oksijen gazının suda az da olsa çözünmesi bu etkileşimle açıklanır. Bir iyon ile apolar bir molekül arasındaki çekim ise iyon-indüklenmiş dipol etkileşimidir; deniz suyundaki iyonlar ile suda çözünmüş oksijen molekülleri arasında bu tür bir çekim vardır.
London kuvvetleri
Bir molekülün elektronları sürekli hareket ettiği için herhangi bir anda elektron dağılımı dengesiz olabilir ve geçici bir dipol oluşur; bu dipol komşu molekülde de bir dipol indükler. Bu anlık dipoller arasındaki çekime London kuvvetleri denir. London kuvvetleri bütün moleküller ve atomlar arasında bulunur; H₂, N₂, O₂, Cl₂, CH₄, CO₂ gibi apolar moleküller ve soy gaz atomları arasındaki tek etkileşimdir. Molekülün elektron sayısı arttıkça London kuvvetleri güçlenir: oda koşullarında flor ve klor gaz, brom sıvı, iyot katıdır.
Güçlerin karşılaştırılması
Benzer büyüklükteki tanecikler için zayıf etkileşimlerin genel güç sıralaması iyon-dipol > dipol-dipol > London biçimindedir. Ancak London kuvvetleri molekül büyüdükçe arttığı için büyük apolar moleküller arasındaki London kuvvetleri, küçük polar moleküller arasındaki dipol-dipol etkileşiminden güçlü olabilir. Moleküller arası etkileşim güçlendikçe maddenin erime ve kaynama noktası yükselir.
Çözümlü örnekler
Örnek 1. Şu ikililer arasındaki baskın etkileşim türünü yazınız: I. HCl ile HCl II. Na⁺ ile H₂O III. O₂ ile H₂O IV. CH₄ ile CH₄
Çözüm. Birinci ikilideki iki hidrojen klorür molekülü de polar olduğu için aralarında dipol-dipol etkileşimi vardır. İkinci ikilide bir iyon ile polar su molekülü arasında iyon-dipol etkileşimi oluşur. Üçüncü ikilide polar su molekülü apolar oksijen molekülünde dipol indükler; etkileşim dipol-indüklenmiş dipoldür. Dördüncü ikilideki metan molekülleri apolar olduğu için aralarında yalnızca London kuvvetleri bulunur. London kuvvetleri ilk üç ikilide de vardır, ama baskın etkileşim değildir.
Örnek 2. Oda koşullarında flor ve klor gaz, brom sıvı, iyot ise katıdır. Bu farkı moleküller arası etkileşimlerle açıklayınız.
Çözüm. Dört halojen de iki aynı atomdan oluşan apolar moleküllerdir; aralarında yalnızca London kuvvetleri vardır. Gruptan aşağı inildikçe molekülün elektron sayısı arttığı için London kuvvetleri güçlenir. Etkileşim güçlendikçe molekülleri birbirinden ayırmak zorlaşır, erime ve kaynama noktaları yükselir. Bu yüzden flor ve klor gaz, brom sıvı, iyot katıdır.
Sık yapılan hatalar
- London kuvvetlerinin yalnızca apolar moleküller arasında bulunduğunu sanmak; bütün tanecikler arasında vardır, apolar moleküllerde tek etkileşimdir.
- Van der Waals kuvvetlerini kimyasal bağ saymak; bunlar zayıf etkileşimlerdir.
- Her durumda dipol-dipol etkileşiminin London kuvvetlerinden güçlü olduğunu sanmak; büyük apolar moleküllerde London kuvvetleri daha güçlü olabilir.
- Polar-polar: dipol-dipol; iyon-polar: iyon-dipol; polar-apolar: dipol-indüklenmiş dipol; iyon-apolar: iyon-indüklenmiş dipol.
- London kuvvetleri her yerde vardır ve elektron sayısıyla artar.
- Benzer büyüklükte: iyon-dipol > dipol-dipol > London.