مفهوم القوى الجزئية

في الغالب تختصر القوى بين الجزيئات إلى( IMF) ، وتعتبر قوي جذابة ومنفرة تنشأ بين جزيئات المادة ، تتوسط القوى الجزئية التفاعلات بين الجزيئات الفردية للمادة [1] .

والقوى الجزئية مسؤولة عن أغلب الخواص الفيزيائية والكيميائية للمادة ، وهناك قوي بين الجزيئات نفسها يطلق عليها مجتمعة (القوى بين الجزيئات ويوجد

مقارنة بين انواع القوى البين جزيئية

للتعرف عليها

وهذه القوى مسؤولة بشكل أساسي عن الخصائص الفيزيائية للمادة ، بالإضافة إلى أنها مسؤولة عن حالات المادة المكثفة.

تجمع الجسيمات التي تتكون منها المواد الصلبة والسوائل معا عن طريق قوى بين الجزيئات ، وبالتالي تؤثر القوى بين الجزيئات على عدد من الخصائص الفيزيائية للمادة في الحالتين .

أمثلة على تفاعل الجزيئات

تعتمد القوى بين الجزيئات على التفاعلات الآتية :

تفاعلات ثنائي القطب

مثال: تتم تفاعلات ثنائي القطب في جزيئات حمض الهيدروكلوريك ،يعد الكلور أكثر كهربية نسبيا من الهيدروجين وبالتالي يكتسب الكلور شحنة سالبة جزئية (وفي نفس الوقت يكتسب الهيدروجين شحنة موجبة جزئية .

ومن ثم يتم تفاعل ثنائي القطب بين جزيئات حمض الهيدروكلوريك .

تفاعلات أيون ثنائي القطب

مثال: عند خلط كلوريد الصوديوم بالماء في إناء ، تنجذب جزيئات (H 2 O) القطبية إلى أيونات الصوديوم والكلوريد في الإناء ، وتعتمد قوة هذه التفاعلات على:

مقدار العزم ثنائي القطب.
حجم الجزيء القطبي.
شحنة وحجم الأيون.

تفاعلات ثنائي القطب المستحث بالأيونات

في هذا النوع من التفاعل ، يحدث استقطاب للجزيء غير القطبي عن طريق أيون يوجد بالقرب منه .

والجزيئات الغير قطبية عند العثور على شحنة ، تتصرف وكأنها ثنائيات أقطاب مستحثة ، ويطلق علي التفاعل بين( أيون وثنائي القطب المستحث) اسم ( تفاعل ثنائي القطب المستحث بالأيونات) .

ثنائي القطب المستحث التفاعل ثنائي القطب

تتشابه هذه التفاعلات مع تفاعلات ثنائي القطب المستحثة بالأيونات ، وبالرغم من ذلك فإن ما يميزها هو أن الجزيئات الغير قطبية تتحول إلى ثنائيات أقطاب مستحثة نتيجة وجود جزيء قطبي بالقرب منها .

قوات التشتت أو (قوات لندن)

تعمل هذه القوة لمسافات قصيرة وتعد القوة الأضعف ، تنشأ هذه القوة نتيجة حركة الإلكترونات وبالتالي ظهور مناطق مشحونة سالبة وموجبة مؤقتة .

أنواع القوى بين الجزيئات

يمكن استخدام تفاعل القوى بين الذرات لوصف كيفية تفاعل الجسيمات مع بعضها البعض ، تحدد قوة أو ضعف القوى بين الجزيئات حالة المادة (على سبيل المثال ، صلبة ، سائلة ، غازية) وخصائص كيميائية معينة (على سبيل المثال ، نقطة الانصهار ، الهيكل) .

هناك أربع أنواع رئيسية من القوى بين الجزيئات ومنها:

القوى الأيونية

تفاعلات بين الذرات أو الجزيئات المشحونة (“الأيونات”) وهناك أيونات موجبة الشحنة ، مثل” Na ، Li (+) ، و Ca (2+)” ، ويطلق عليها كاتيونات وأيونات سالبة الشحنة ، مثل” Cl (-) ، Br (-) ، HO (-)” يطلق عليها أنيونات [2] .

القوى الجذابة

:- توصف الأيونات المشحونة بطريقة معاكسة في قانون كولوم ، حيث تزداد القوة بزيادة الشحنة وتقل القوة بزيادة المسافة بين الأيونات وهذه هي

قوى التجاذب بين الجزيئات

.

وتظهر الطبيعة شديدة الاستقطاب “المشحونة” الخاصة بالجزيئات الأيونية في نقاط انصهارها المرتفعة (حيث تصل درجة انصهار كلوريد الصوديوم إلى “801” درجة مئوية) وأيضا في قابليتها العالية للذوبان في الماء .

الرابطة الهيدروجينية

يتم الترابط الهيدروجيني بين الجزيئات التي تحوي عناصر كهربية عالية مثل ( F، أو O ،أو N) والتي ترتبط مباشرة بالهيدروجين .

نظرا لأن الهيدروجين يتميز بكهرسلبية( 2.2) مقارنة بـ (0.9 لـ Na)، و(0.8 لـ K) ، فإن تلك الروابط لا تعد مستقطبة مثل الروابط الأيونية البحتة ولديها بعض الصفات التساهمية ، وبالرغم من ذلك فإن الرابطة الهيدروجينية ستبقي مستقطبة ولديها ثنائي القطب .

يمكن أن يتشابه ثنائي القطب لجزيء ما مع ثنائي القطب من جزيء آخر ، مما ينتج عنه تفاعل جذاب نطلق عليه الرابطة الهيدروجينية .

وفقا للحركة الجزيئية السريعة في المحلول ، تصبح هذه الروابط عابرة (أي ذات عمر قصير) ، ولكنها تتميز بقوة ارتباط كبيرة تتراوح ما بين (9 كيلو جول / مول)، (2 كيلو كالوري / مول) (لـ NH) إلى حوالي (30 كيلو جول / مول) (7 كيلو كالوري) و أعلى نسبة إلى (HF) .

كما هو متوقع تزداد قوة الرابطة بزيادة الكهربية للمجموعة التي ترتبط بالهيدروجين ، لذلك تميل الجزيئات المحتوية على المجموعات الوظيفية (HO, NH) إلى العثور على نقاط غليان أعلى من المتوقع اعتماداً على وزنها الجزيئي .

فان دير فالس التفاعلات ثنائية القطب

يمكن أن تساهم وبقوة مجموعات أخرى إلى جانب الهيدروجين في الرابطة التساهمية القطبية مع الذرات الكهربية ،

مثال ، يحو كل من هذه الجزيئات ثنائي القطب:

من الممكن تفاعل ثنائيات الأقطاب مع بعضها البعض بشكل جذاب ، مما يزيد من نقطة الغليان ، وبالرغم من ذلك نظرا لأن فارق الكهربية بين الكربون (كهربيته = 2.5) .

والذرة الكهربية مثل (الأكسجين، أو النيتروجين) لا يعد فارقا كبيرا كما في الهيدروجين (كهربيته = 2.2) ، فإن التفاعل القطبي لا يعد قويا ، وبالتالي في المتوسط ، تميل هذه القوى إلى أن تصبح أضعف من الروابط الهيدروجينية .

قوات تشتت فان دير فال “قوات لندن

تعد هذه القوة أضعف القوى الجزئية على الإطلاق ويطلق عليها (قوى التشتت، أو قوى لندن) ، تمثل هذه القوة التجاذب بين ثنائيات الأقطاب اللحظية في الجزيء علي سبيل المثال:-

( الأرجون)، يعد غاز خامل ، ولكن إذا تم تبريده لدرجة ( -186) درجة مئوية ، فإنه بإمكانك تكثيفه إلى أرجون سائل، وتعد قوى التشتت هو المسؤلة عن كونه سائلا .
( الإلكترونات التواجدة في غلاف التكافؤ) عادة ما تشتت بالتساوي ،ولكن في أي لحظة وقد يوجد عدم تطابق بين عدد الإلكترونات المتواجدة على جانب واحد وعدد الإلكترونات المتواجدة على الجانب الآخر ، مما ينتج عنه فرق فوري في الشحنة .

والاستقطاب هو مصطلح يستخدم لوصف كيفية قدرة الذرات علي تشكيل ثنائيات اقطاب لحظية ، يزيد الاستقطاب بزيادة الحجم الذري .

ويعد هذا سبباً في أن درجة غليان الأرجون “-186 درجة مئوية” أعلى كثيراً من درجة غليان الهيليوم “-272 درجة مئوية” ، وبالنسبة للهيدروكربونات والجزيئات الغير قطبية الأخرى التي تفتقر إلى ثنائيات أقطاب قوية .

فإن قوى التشتت تعد القوى الجاذبة الوحيدة بين جزيئاتها نظرً لأن ثنائيات الأقطاب تعد ضعيفة وعابرة ، فإنها تعتمد على (التلامس بين الجزيئات) وهذا يدل علي أن القوى تزداد بزيادة مساحة السطح .