Van-der-Vaal`s kuchlari yoki molekulalararo kuchlar

Van-der-Vaal`s kuchlari yoki molekulalararo kuchlar
Neytral atomlararo yoki molekulalararo (ularning radiuslaridan kattaroq
masofalarda) ta`sir etadigan juda zaif o‘zaro tortishuv kuchlari Van-der-Vaal`s
kuchlari yoki zarrachalararo kuchlar deb ataladi. Bitta modda molekulalari yoki
atomlari orasida o‘zaro tortishish kuchlarining namoyon bo‘lishi kogeziya, turli
100
xil moddalarning molekulalari orasidagi tortishish kuchlarining namoyon
bo‘lishi esa adgeziya deb ataladi.
Molekulalararo kuchlar uch xil: orientatsion, induktsion va dispersion
kuchlar ko‘rinishida bo‘ladi; molekulalararo ta`sirning umumiy energiyasi bu
uch effekt energiyalari yig’indisiga teng:
U=U
or
+U
ind
+U
dis
(8)
Orientatsion effekt faqat qutbli molekulalari orasida yuzaga chiqadi.
Qutbli molekulalari bir-biriga yaqinlashganida ularning bir xil ishorali qutblari
bir-biriga tortiladi. Natijada qutbli molekulalar fazoda ma`lum tartibda
joylashadi (orientatsiyalanadi). Orientatsion effekt energiyasi ayni moddaning
qutblanuvchanligiga va molekulalararo masofaga to‘g’ri proportsional bo‘ladi;
temperatura ko‘tarilganda zarrachalarning tartibsiz harakati kuchayib, qutbli
zarrachalarning batartib orientatsion vaziyati o‘zgaradi va orientatsion effekt
kamayadi. Keezom (1912 y) oddiy orientatsion effekt energiyasini hisoblash
uchun quyidagi formulani taklif qildi:
6
6
4
3
2
r
A
r
T
R
U
or
(9)
- dipol moment, U
or
– orientatsion ta`sir energiyasi, r – dipollarning
markazlararo masofasi, N – Avogadro soni, R – gaz doimiysi, T – absolyut
temperatura. Orientatsion effekt energiyasi katta dipol momentga ega bo‘lgan
moddalar (masalan, suv, ammiak) orasida kuchli namoyon bo‘lib, uglerod(II)-
oksid kabi moddalar zarrachalari orasida (ularning dipol momenti kichik
bo‘lganligi sababli) kuchsizdir.
Induktsion kuchlar qutbli va qutbsiz molekulalar orasida vujudga keladi.
Qutbsiz molekula yaqiniga qutbli molekula kelganida qutbsiz molekula
qutblanadi. Uning qutbli molekulaga yaqin qismida qarama-qarshi, uzoq
qismida esa bir xil ishorali zaryadlar hosil bo‘ladi. Natijada qutbsiz molekula
induktsion dipolga aylanadi. Ikkita qutbli molekula orasida ham induktsion
effekt vujudga kelishi mumkin, chunki ular bir-biriga yaqinlashganda o‘zaro
101
induksiya tufayli ularning qutblanuvchanligi ortadi. Qutblanuvchanliklari bir-
birinikiga teng bo‘lgan ikki molekula orasida vujudga keladigan induktsion
effekt energiyasini Debay taklif etgan quyidagi formula bilan hisoblash
mumkin:
6
6
2
2
r
B
r
U
ind
(10)
bu erda
- molekulaning qutblanuvchanligi (deformatsiyalanuvchanligi), r –
molekulalararo masofa,
-dipol moment, U
ind
–induktsion effekt energiyasi.
Induktsion effekt energiyasi orientatsion effekt energiyasidan deyarli
10-20 marta kam. Debay formulasiga ko‘ra induktsion ta`sir energiyasi
temperaturaga bog’liq emas, bu formulani chiqarishda ikkinchi molekula izotrop
deb faraz qilingan.
Dispersion kuchlar. Qutbsiz, kam qutbli va qutbli moddalarning
molekulalari orasida dispersion kuchlar ham vujudga keladi. Shu tufayli
masalan, azot, vodorod, metan kabi qutbsiz molekulalar hatto inert gazlarning
atomlari ham o‘zaro tortishadi. Bu kuchlarning tabiatini 1930 yilda ingliz olimi
F. London aniqladi. Uning fikricha, molekulani atomlardagi elektron bulutlar
zichligining fluktuatsiyasi tufayli bir lahzada o‘zining kattalik va yo‘nalishini
o‘zgartirib turadigan mikrodipol deb tasavvur qilish mumkin. Bir molekulada
vujudga kelgan mikrodipol qo‘shni molekula mikrodipoli bilan o‘zaro tortishishi
mumkin. Shuning uchun zarrachalar o‘zaro yaqinlashganda bir-biri bilan
tortishadi.
Dispersion o‘zaro ta`sir energiyasini hisoblash uchun quyidagi tarkibiy
formula taklif qilingan:
6
6
0
2
4
3
r
C
r
h
U
dis
(11)
102
Bu erda h – Plank doimiysi, γ
0
– “nolinchi” energiyaga muvofiq keladigan
tebranish chastotasi,
- qutblanuvchanlik. Agar hγ
0
=J ekanligini nazarga olsak
(bu erda J – molekulaning ionlanish potentsiali):
6
6
2
4
3
r
C
r
U
dis
(11.1)
Dispersion kuchlar additivlik xossaga ega. Masalan, adsorbent va
adsorbtiv molekulalarida paydo bo‘lgan dispersion kuchlar o‘zaro jamlanib
adsorbent va adsorbtiv molekulalarining bir-biriga ko‘proq tortilishini
ta`minlaydi. Dispersion kuchlar additivligini e`tiborga olib, adsorbentda x
masofa uzoqda bo‘lgan gaz molekulalarining potentsial energiyasini hisoblash
uchun quyidagi formula chiqarilgan:
3
1
6
x
V
A
U
m
A
r
(12)
bu erda U
r
– potentsial energiya, N
A
– Avogadro soni, V
m
– adsorbentning
molyar hajmi, A
1
– konstanta (u adsorbtiv va adsorbent molekulalararo dastlabki
o‘zaro ta`sirni ifodalaydi). Polimolekulyar adsorbsion qavat hosil bo‘lishini
talqin qilishda, U
r
e`tiborga olinadi.
Agar orientatsion, induktsion va dispersion kuchlar uchun taklif qilingan
ifodalarni bir-biriga qo‘shsak, ikki molekula orasidagi tortishish kuchlar
energiyasi U uchun quyidagi tenglamaga ega bo‘lamiz:
6
6
2
6
2
6
4
4
3
2
3
2
r
D
r
r
RTr
U
(13)
yoki
6
6
6
6
r
D
r
C
r
B
r
A
U
bu erda D=A+B+C. Molekulalararo kuchlar fizik
va kolloid ximiyada katta ahamiyatga ega, chunki moddalarning fizik xossalari
(suyuqlanish temperaturasi, kattaligi, issiqdan kengayish koeffitsienti,
mustahkamligi va hokazo) molekulalararo kuchlarga bog’liq.
Molekulalararo kuchlar faqat tortishish kuchlari ekanligini alohida
ta`kidlab o‘tamiz. Ular kimyoviy ta`sir kuchlaridan prinsipial farq qiladi
103
(kimyoviy kuchlarda tortishish va itarishish mavjud). Molekulalararo ta`sir
energiyasi kichikligi (0,4-4,2 kj/mol) bilan ham kimyoviy bog’lanish energiyasi
(80-1500 kj/mol) dan keskin farq qiladi. Molekulalar orasida o‘zaro itarilish
kuchlari ham mavjud. Ularning energiyasi
12
1
r
ga proportsional ravishda
o‘zgaradi.
|