- Interaksi listrik antarmolekul
- Interaksi antara dipol permanen
- Interaksi antara dipol permanen dan dipol yang diinduksi
- Gaya atau dispersi London
- Radio Van der Waals
- Gaya dan energi dari interaksi listrik antar atom dan antar molekul
- Referensi
Gaya Van der Waals adalah gaya antarmolekul yang bersifat listrik yang dapat menarik atau tolak. Ada interaksi antara permukaan molekul atau atom, yang pada dasarnya berbeda dari ikatan ionik, kovalen, dan logam yang terbentuk di dalam molekul.
Meskipun lemah, gaya ini mampu menarik molekul gas; juga gas cair dan padat dan semua cairan organik dan padatan. Johannes Van der Waals (1873) adalah orang yang mengembangkan teori untuk menjelaskan perilaku gas nyata.
Dalam apa yang disebut persamaan Van der Waals untuk gas nyata - (P + an 2 / V 2 ) (V - nb)) = nRT- dua konstanta diperkenalkan: konstanta b (yaitu, volume yang ditempati oleh molekul-molekul gas) dan "a", yang merupakan konstanta empiris.
Konstanta "a" mengoreksi penyimpangan dari perilaku gas ideal yang diharapkan pada suhu rendah, tepatnya di mana gaya tarik-menarik antara molekul gas diekspresikan. Kemampuan atom untuk berpolarisasi dalam tabel periodik meningkat dari atas ke bawah, dan dari kanan ke kiri selama suatu periode.
Ketika nomor atom bertambah - dan oleh karena itu jumlah elektron - elektron yang terletak di kulit terluar lebih mudah untuk bergerak membentuk unsur kutub.
Interaksi listrik antarmolekul
Interaksi antara dipol permanen
Ada molekul elektrik netral, yang merupakan dipol permanen. Hal ini disebabkan adanya gangguan pada distribusi elektronik yang menghasilkan pemisahan spasial muatan positif dan negatif menuju ujung molekul, membentuk dipol (seolah-olah itu adalah magnet).
Air terdiri dari 2 atom hidrogen di satu ujung molekul dan satu atom oksigen di ujung lainnya. Oksigen memiliki afinitas yang lebih tinggi terhadap elektron daripada hidrogen dan menariknya.
Ini menghasilkan perpindahan elektron ke arah oksigen, meninggalkan ini bermuatan negatif dan hidrogen bermuatan positif.
Muatan negatif molekul air dapat berinteraksi secara elektrostatis dengan muatan positif molekul air lain yang menyebabkan terjadinya tarikan listrik. Jadi, jenis interaksi elektrostatis ini disebut gaya Keesom.
Interaksi antara dipol permanen dan dipol yang diinduksi
Dipol permanen menunjukkan apa yang disebut momen dipol (µ). Besar momen dipol diberikan oleh persamaan matematika:
µ = qx
q = muatan listrik.
x = jarak spasial antar kutub.
Momen dipol adalah vektor yang menurut konvensi diwakili dengan orientasi dari kutub negatif ke kutub positif. Besarnya µ menyakitkan untuk diekspresikan dalam debye (3,34 × 10 -30 Cm
Dipol permanen dapat berinteraksi dengan molekul netral yang menyebabkan perubahan dalam distribusi elektroniknya, menghasilkan dipol yang diinduksi dalam molekul ini.
Dipol permanen dan dipol yang diinduksi dapat berinteraksi secara elektrik, menghasilkan gaya listrik. Jenis interaksi ini dikenal sebagai induksi, dan gaya yang bekerja padanya disebut gaya Debye.
Gaya atau dispersi London
Sifat gaya menarik ini dijelaskan oleh mekanika kuantum. London mendalilkan bahwa, dalam sekejap, dalam molekul elektrik netral, pusat muatan negatif elektron dan pusat muatan positif inti mungkin tidak bertepatan.
Jadi fluktuasi kerapatan elektron memungkinkan molekul berperilaku sebagai dipol sementara.
Ini sendiri bukan merupakan penjelasan untuk gaya tarik, tetapi dipol sementara dapat menyebabkan polarisasi yang selaras dengan tepat dari molekul yang berdekatan, menghasilkan gaya tarik. Gaya tarik yang dihasilkan oleh fluktuasi elektronik disebut gaya London atau dispersi.
Gaya Van der Waals menunjukkan anisotropi, itulah sebabnya gaya ini dipengaruhi oleh orientasi molekul. Namun, interaksi tipe dispersi selalu sangat menarik.
Gaya London menjadi lebih kuat dengan bertambahnya ukuran molekul atau atom.
Dalam halogen, molekul dengan nomor atom rendah F 2 dan Cl 2 adalah gas. Br 2 dengan nomor atom tertinggi adalah cairan dan I 2 , halogen dengan nomor atom tertinggi, berbentuk padat pada suhu kamar.
Saat nomor atom bertambah, jumlah elektron yang ada meningkat, yang memfasilitasi polarisasi atom dan, oleh karena itu, interaksi di antara mereka. Ini menentukan keadaan fisik halogen.
Radio Van der Waals
Interaksi antar molekul dan antar atom bisa menarik atau tolak, bergantung pada jarak kritis antara pusatnya, yang disebut r v .
Pada jarak antara molekul atau atom yang lebih besar dari r v , tarik antara inti dari satu molekul dan elektron dari bersifat lebih dominan lainnya selama tolakan antara inti dan elektron dari dua molekul.
Dalam kasus yang dijelaskan, interaksinya menarik, tetapi apa yang terjadi jika molekul mendekat pada jarak antara pusatnya kurang dari rv? Kemudian gaya tolak mendominasi gaya atraktif, yang berlawanan dengan pendekatan yang lebih dekat antar atom.
Nilai r v diberikan oleh apa yang disebut jari-jari Van der Waals (R). Untuk molekul bulat dan identik r v sama dengan 2R. Untuk dua molekul yang berbeda dari jari-jari R 1 dan R 2 : r v sama dengan R 1 + R 2 . Nilai jari-jari Van der Waals diberikan pada Tabel 1.
Nilai yang diberikan pada Tabel 1 menunjukkan radius Van der Waals 0,12 nm (10 -9 m) untuk hidrogen. Jadi nilai r v untuk atom ini adalah 0,24 nm. Untuk nilai r v kurang dari 0,24 nm akan terjadi tolakan antara atom hidrogen.
Tabel 1. Jari-jari Van der Waals dari beberapa atom dan kelompok atom.
Gaya dan energi dari interaksi listrik antar atom dan antar molekul
Gaya antara sepasang muatan q 1 dan q 2 , dipisahkan dalam ruang hampa oleh jarak r, diberikan oleh hukum Coulomb.
F = k. q 1 .q 2 / r 2
Dalam ekspresi ini k adalah konstanta yang nilainya bergantung pada satuan yang digunakan. Jika nilai gaya - yang diberikan oleh penerapan hukum Coulomb - negatif, ini menunjukkan gaya tarik. Sebaliknya, jika nilai yang diberikan untuk gaya adalah positif, hal tersebut menunjukkan gaya tolak.
Karena molekul biasanya berada dalam media berair yang melindungi gaya listrik yang diberikan, maka istilah konstanta dielektrik (ε) perlu diperkenalkan. Jadi, konstanta ini mengoreksi nilai yang diberikan untuk gaya listrik dengan penerapan hukum Coulomb.
F = kq 1 .q 2 /ε.r 2
Demikian pula, energi untuk interaksi listrik (U) diberikan oleh ungkapan:
U = k. q 1 .q 2 /ε.r
Referensi
- Editor Encyclopaedia Britannica. (2018). Kekuatan Van der Waals. Diperoleh pada 27 Mei 2018, dari: britannica.com
- Wikipedia. (2017). Kekuatan Van der Waals. Diperoleh pada 27 Mei 2018, dari: es.wikipedia.org
- Kathryn Rashe, Lisa Peterson, Seila Buth, Irene Ly. Pasukan Van der Waals. Diperoleh pada 27 Mei 2018, dari: chem.libretexts.org
- Morris, JG (1974) Ahli Kimia Fisika. 2dan edisi. Edward Arnold (Penerbit) Terbatas.
- Mathews, CK, Van Holde, KE dan Ahern, KG (2002) Biokimia. Edisi ketiga. Addison Wesley Longman, Inc.