Niklas Dahrén

van der Waalsbindningar (London dispersionskrafter)

Indelning av kemiska bindningar

Kemiskabindningar

Jonbindning Bindningarmellanjonernaienjonförening(salt)

Metallbindning Bindningarmellanmetallatomernaienmetall

Kovalentabindningar Bindningarmellanatomernaienmolekyl

Intermolekylärabindningar

Bindningarmellanolikamolekyler

Bindningarmellanjonerochmolekyler

Bindningarmellanolikadelaristoramolekyler

Olika typer av intermolekylära bindningar

Kemiskabindningar

Jonbindning

Metallbindning

Kovalentabindningar

Intermolekylärabindningar

Jon-dipolbindning

Vätebindning

Dipol-dipolbindning

vanderWaalsbindning(Londondispersionskrafter)

Det finns olika intermolekylära bindningar

Dipol-dipolbindning

Jon-dipolbindning

vanderWaalsbindning(Londondispersionskrafter)

+-

+- +-

+- +-

Starkastbindning

Svagastbindning

+-

+-Vätebindning

- -

Omvijämförmolekylermedungefärsammastorleksåkanstyrkanavdeintermolekylärabindningarnarangordnasenligtmodellentillvänster.Detfinnsdockundantagfråndennarangordning.T.ex.ärvissavätebindningarstarkareänvissajon-dipolbindningar.

Intermolekylärabindningaruppkommerp.g.a.attmolekylernaharpositivaochnegativaladdningar.Denpositivaladdningenpådenenamolekylenattraherasavdennegativaladdningenpådenandramolekylenochtvärtom.Dettafårmolekylernaattbindatillvarandra.

CH4 CH4

HCl HCl

HFHF

Cl- H2O

van der Waalsbindningar

ü Liknardipol-dipolbindning:vanderWaalsbindningen ärenbindningmellantemporära(tillfälliga)dipoler.vanderWaalsbindningarliknarvanligadipol-dipolbindningarmenskillnadenärattdessaärmycketsvagareochenbarttemporära(deuppkommerochupplöseshelatiden).

ü Densvagasteintermolekylärabindningen:vanderWaalsbindningenärdensvagasteintermolekylärabindningenomvijämförmolekylermedsammastorlek.

ü Styrkanökarmedmolekylstorleken:vanderWaalsbindningens styrkaökardockmedmolekylstorleken.StoramolekylerkannämligenskapamångavanderWaalsbindningarmellanvarandravilketinnebärattdentotalastyrkanavdessamångabindningarblirstor,ivissafallt.o.m.starkareänvätebindningarellerjon-dipolbindningar.

δ+δ- δ+δ-- - -

Namnförvirring gällande van der Waalsbindningar

ü Ifleraolikakällorsomjaghartagitdelavanvändsnamnet”vanderWaalsbindning eller”vanderWaalskrafter”somettsamlingsnamnförfleraolikaintermolekylärabindningarochdåärdetiställetnamnet”Londonkrafter”,”Dispersionskrafter”eller”Londondispersionskrafter”somärnamnetpådentypavbindningsombeskrivsidennapresentation.

ü Isvenskaskolorochisvenskaläroböckerärdetdocknamnet”vanderWaalsbindning”somärdetvedertagnasådärförharjagvaltattanvändadetnamnetidennapresentation.Jagskriverdockibland”Londondispersionskrafter”inomparentes.

vanderWaalsbindningarLondondispersionskrafter

LondonkraftervanderWaalskrafter

Interm

olekylärabind

ningar

Vätebindning

vanderWaalsbindningar

Dipol-dipolbindning

Londondispersionskrafter(vanderWaalsbindning)

Jon-dipolbindning

Flerintermolekylärabindningarsomärvarianterpåovanståendebindningar

Dispersionskrafter

vanderWaalsdispersionskrafter

van der Waalsbindning: En bindning mellan svaga och temporära dipoler

+ ++ +

Klormolekyl1 Klormolekyl2

Svagochtemporärdipol Svagochtemporärdipol

Svagpartiellnegativladdning Svagpartiellpositivladdning

δ+ δ+δ- δ-

Idenvänstramolekylenhardetråkatuppståenojämnelektronfördelningp.g.a.elektronernasslumpmässigarörelser.Molekylenblirdärförentemporär(tillfällig)dipol medenpartiellpositivladdning(atomkärnorna)idenenadelenavmolekylenochenpartiellnegativladdning(elektronerna)idenandradelen.Dennamolekylkommerdärförpåverka”grannmolekylen”ochrepelleradesselektronersåattdessaförskjutsmotdenhögrasidanavmolekylen.”Grannmolekylen”blirdåocksåentillfälligdipol.Nukandebådamolekylernabindatillvarandramedtillfälligadipol-dipolbindningar (vanderWaalsbindningar)eftersomdenegativaladdningarnaattraherasavdepositivaochtvärtom.

Fullständig eller partiell laddningü Fullständigladdning:Omenatomförlorarenelektronfullständigttillenannanatomsåomvandlas

atomentillenjon.Jonenhardå+1iladdning.Detärens.k.”fullständigladdning”somhardetexaktavärdet+1.Denmottagandeatomenblirsamtidigtennegativtladdadjonmedladdningen-1.

ü Partiellladdning:Omenatomdelvisförlorarenelektrontillenannanatomgenomattelektronenförskjutsmotdenandraatomen,dåsägermanattatomenfårenpartiellpositivladdning(delvis/tillvissdel).Atomenblirdåinteomvandladtillenjoneftersomdeninteförlorarelektronenfullständigt.Denpositivaladdningsomuppkommerärlägreän+1ochharingetexaktvärdeochdärförsägerviattdetärenpartiellpositivladdning.Denmottagandeatomenblirsamtidigtpartielltnegativtladdad.Partiellaladdningarrepresenterasavdengrekiskabokstavendelta(δ)följtavettplusteckenellerminustecken(δ-ellerδ+).

F+Hà Fδ-:Hδ+

Na+Cl à Na+ Cl-1e-

IvätefluoriddelarFochHpå2valenselektronermendessaärförskjutnamotF.Hharalltsådelvisavgivit1elektrontillF.Dettaskerp.g.a.attFharhögreelektronegativitet.

InatriumkloriddelarinteNaochCl pånågravalenselektronerutanNaharheltavgivit1elektrontillClp.g.a.denstoraskillnadenielektronegativitetmellandessa.

Natriumklorid

Vätefluorid

van der Waalsbindning förekommer i alla ämnen

ü AllaämnenharvanderWaalsbindningar,menvissaämnenharocksådipol-dipolbindningellervätebindning.

ü VissaämnenharenbartvanderWaalsbindningar:Omämnetinteärendipolkanämnetintebildadipol-dipolbindning.OmämnetinteuppfyllerHydro-FON-regeln(vätebundettillF,OellerN)såkanämnetintebildavätebindningar.DetendasomdååterstårärvanderWaalsbindningar.

ü ExempelpåämnenmedenbartvanderWaalsbindningar:Kolväten(t.ex.CH4 ochC2H6)ochämnensomenbartbeståravsammatypavatomer(t.ex.Cl2,F2 ochI2)ärexempelpåämnensomenbartharvanderWaalsbindningar.

Klor kan förekomma i flytande form tack vare van der Waalsbindningar

ü Klor(Cl2)harenkokpunktpåca-34°C.Detbetyderattklorärflytandeomtemperaturenärlägreän-34grader.Omklorförekommeriflytandeformbetyderdetattdetförekommernågonformavbindningmellanklormolekylerna.

ü Ejdipol-dipolbindningar: DebådakloratomernaiCl2 drarlikamycketidegemensammaelektronernaochdärförfårviingenladdningsförskjutning.Klormolekylenäralltsåingendipolochkanejbildadipol-dipolbindningarmedandraklormolekyler.

ü Ejvätebindningar:Klormolekylerkanintehellerskapavätebindningareftersomdens.k.”Hydro-FON-regeln”inteäruppfylld(finnsingetHbundettillF,OellerN).

ü vanderWaalsbindningarförekommeralltid:vanderWaalsbindningarfinnsmellanallamolekylersomäriflytandeellerfastform(oavsettandrabindningar)ochsåävenmellanolikaklormolekyler.

Kovalentbindning

vanderWaalsbindning

Kovalentbindning

2 faktorer påverkar den totala styrkan av ett ämnes van der Waalsbindningar

1. Storlekensomämnetsmolekylerhar:StörremolekylerkanskapaflervanderWaalsbindningarmellanvarandra,ijämförelsemedmindremolekyler,vilketdärmedinnebärattdentotalastyrkanavvanderWaalsbindningarnablirstörre.

2. Dengeometriskaformen/strukturensomämnetsmolekylerhar:AvlångamolekylerkanskapaflervanderWaalsbindningarmellanvarandra,ijämförelsemedmolekylersomärmersfäriska/runda,vilketinnebärattdentotalastyrkanavvanderWaalsbindningarnablirstörre.

Molekylernas storlek har betydelse

Namn:PentanSummaformel:C5H12Kokpunkt:36,1 °CMolekylmassa:72,15u

Namn:MetanSummaformel:CH4Kokpunkt:-161,6 °CMolekylmassa:16,04u

ü Omvijämförkolvätet”pentan”medkolvätet”metan”serviattdetärstorskillnadpåderaskokpunkter.Viserävenattdetärstorskillnadpåderasmolekylmassor.Pentanharenbetydligthögremolekylmassa(72,15u)jämförtmedmetan(16,04u).

ü Ingenavämnenakanbildavätebindningarellerdipol-dipolbindningar utanskillnadenikokpunktberorpåstyrkanavvanderWaalsbindningarna(antaletvanderWaalsbindningar).

ü Ideflestafallgällerföljande: MolekylmassavanderWaalsbindningar Kokpunkt

Ämnen med stora molekyler kan skapa fler van der Waalsbindningar och får därmed högre kokpunkt

Pentanbeståravstoramolekylermedmångaatomerochmångabindningardärdetkanuppståenojämnelektronfördelning(detkanalltsåuppståmångasmådipoler/dipolmoment)isammamolekyl).DetfinnsalltsåmångaatomermedpartiellaladdningarsomkankommaikontaktmedvarandraochskapavanderWaalsbindningarmellanmolekylerna.

Metanbeståravsmåmolekylermedfåatomerochfåbindningardärdetkanuppståenojämnelektronfördelning.DetfinnsalltsåfåatomermedpartiellaladdningarsomkankommaikontaktmedvarandraochskapavanderWaalsbindningarmellanmolekylerna.

Pentan Metan

Molekylernas geometriska form har också betydelse

Summaformel:C5H12Kokpunkt:27,8 °CMolekylmassa:72,15u

Summaformel:C5H12Kokpunkt:36,1 °CMolekylmassa:72,15 u

2-metylbutan(isopentan) Pentan(normalpentan)

Mer avlånga molekyler kan skapa fler van der Waalsbindningar mellan varandra

ü Pentanmolekylernakanskapaennågotstörrekontaktytamellanvarandra,tackvaredenmeravlångastrukturen,vilketmöjliggörflervanderWaalsbindningar.Pentanhardärförennågothögrekokpunkt.

Pentan(36,1 °C)2-metylbutan(27,8 °C)

Kokpunkten för kolväten av olika storlekKolväten: Molekylformel: Kokpunkt(oC):

metan CH4 -164etan C2H6 -89

propan C3H8 -42butan C4H10 -0.5pentan C5H12 36hexan C6H14 69heptan C7H16 98oktan C8H18 125nonan C9H20 151dekan C10H22 174

undekan C11H24 196dodekan C12H26 216eikosan C20H42 343

triakontan C30H62 450

ü VarjeenskildvanderWaalsbindning ärsvagmeniämnensomäruppbyggdaavstoraochavlångamolekyler(t.ex.storaochavlångakolväten)förekommerdetväldigtmångavanderWaalsbindningarmellanmolekylernavilketinnebärattdentotalastyrkanblirväldigtstorochdärmedocksåkokpunkten.

ü ÄmnenmedenbartvanderWaalsbindningarkandärförhaenhögrekokpunktänämnenmedvätebindningar.”Mångasmåärstarkareänfåstora”!

Uppgift 1: Rangordna nedanstående ämnen efter stigande kokpunkt

n-pentan36°C 2-metylbutan28°C 2,2-dimetylpropan9°C? ? ?

Molekyler med stora atomer har starkare van der Waalsbindningar och därmed högre kokpunkter

Kemiskbeteckning: Namn: Antalskal: Molekylmassa: Kokpunkt:F2 Fluor 2 38,00u -188,11°C

Cl2 Klor 3 70,90u 34,04°C

Br2 Brom 4 159,8u 58,8°C

l2 Jod 5 253,8u 184,3 °C

ü Tabellenvisarkokpunktenförolikahalogenerimolekylform,ochdetframgårtydligtattkokpunktenökarnäratomstorlekenökar(antaletskal).Deolikamolekylernaharlikamångaatomerochbindningar,menstorlekenavatomernaskiljersigåt(ochdärmedocksåmolekylmassan).NäratomstorlekenökarsåökarävenstyrkanavvanderWaalsbindningarna ochdetärdettasomledertilldenhögrekokpunkten.

ü MolekylermedstörreatomerkanskapastarkarevanderWaalsbindningarnaeftersomdessa:§ Polariseraslättare:Imolekylermedstörreatomer(mångaskal)uppstårlättareenojämnelektronfördelning

(polariseraslättare)eftersomvalenselektronernainteärlikahårtbundnatillatomkärnanochdärmedkanåkaomkringlättare.

§ Harstörrepartiellaladdningar:Störreatomerharflerelektronerochflerprotonervilketkaninnebäraattdepartiellaladdningarnasomuppstårocksåblirstörre.

Större atomer polariseras lättare

ü Istoraatomersittervalenselektronernalängrefrånatomkärnanochkandärförlättarerörapåsig(kännerinteavdenpositivaatomkärnanlikamycket).Enojämnelektronfördelninguppkommerdärförlättarenäratomernaärstörre.

Fluoratom Kloratom

9+

9+

17+

Kokpunkter för ädelgaserna

ü Ädelgasernaharredanädelgasstrukturochbildardärförintemolekyler.

ü MennärädelgasernaäriflytandeformförekommerdetvanderWaalsbindningarmellanädelgasatomerna.

ü Styrkanavdessabindningarberorpåstorlekenavatomerna(antaletskal).

ü Flerskalinnebärattvalenselektronernasitterlösareochdärförkanenojämnelektronfördelninglättareuppstå(högrepolariserbarhet).Flerskalinnebärocksåattdetfinnsflerelektronerochflerprotonertotaltsättvilkenkanledatillstörrepartiellaladdningar.

Ädelgas: Antalskal: Kokpunkt:

Helium 1 -269°C

Neon 2 -246°C

Argon 3 -186°C

Krypton 4 -152°C

Xenon 5 -108°C

Radon 6 -62°C

Uppgift 2: Vilket ämne har högst kokpunkt i följande par

a) SiH4 vs. SnH4

b) CF4 vs. CCl4

Lösning:a) SnH4 harhögstkokpunktp.g.a.starkarevanderWaalsbindningar.Sn harstörreradieänSivilketinnebär

attelektronernakanrörasiglättare(sitterlängrefrånatomkärnan)ochattmolekylendärmedlättarebildarentillfälligdipol.Detfinnsävenflerelektronerochprotonervilketkangeupphovtillstarkarepartiellaladdningar.

b) CCl4harhögstkokpunktp.g.a.starkarevanderWaalsbindningar.Cl harstörreradieänFvilketledertillstarkarevanderWaalsbindningarpåsammasättsomiföregåendeuppgift.

SegärnaflerfilmeravNiklasDahrén:http://www.youtube.com/Kemilektionerhttp://www.youtube.com/Medicinlektioner