พันธะเคมี อ. ศราวุทธ แสงอุไร ว เคมี พื้นฐาน พันธะเคมี Intermolecular forces 1 นายศราวุทธ แสงอุไร ครูวิชาการสาขาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ วันที่ 7 สิงหาคม 2552

พันธะเคมี อ. ศราวุทธ แสงอุไร Molecule to molecule interactions Intermolecular forces (remember this word) Van derWaals Forces Hydrogen Bonding These are two types of forces that can arise due to the polarity (or weak polarity) on molecules. 2

พันธะเคมี อ. ศราวุทธ แสงอุไร VanderWaals Forces Even though this is considered to be a non-polar molecule, it possible that the electrons on one chlorine might temporarily move into the other chlorine ’ s cloud. When this happens, we get dispersion or London force. 3 Molecule to molecule interactions Intermolecular forces (remember this word)

พันธะเคมี อ. ศราวุทธ แสงอุไร 2+ e–e– e–e– London Dispersion Forces Weakest of all intermolecular forces. Adjacent neutral molecules affect each other. The nucleus of one atom attracts the electrons of the adjacent atom. For an instant, the electron clouds become distorted. In that instant a temporary dipole is formed! 2+ e–e– e–e– e–e– e–e– e–e– e–e– 4

พันธะเคมี อ. ศราวุทธ แสงอุไร London Dispersion Forces 5

พันธะเคมี อ. ศราวุทธ แสงอุไร Intermolecular Forces London Dispersion Forces 6

พันธะเคมี อ. ศราวุทธ แสงอุไร δ + δ - Electron cloud shifts to the right. δ - δ + Electron cloud shifts to the left. If these are two different molecules, they can now bond with each other. 7 London Force (part of VanderWaals forces).

พันธะเคมี อ. ศราวุทธ แสงอุไร London Force (part of VanderWaals forces). δ + δ - Because these are only temporary charges, the bonds do not last long. Therefore, these two molecules are weakly attracted to one another. δ - δ + The greater the intermolecular force, the higher the melting point, boiling point, or sublimation point of the substance. In other words, if you can hold on to it tighter, than it takes more energy (usually by increasing temperature) to break it apart. 8

พันธะเคมี อ. ศราวุทธ แสงอุไร London Dispersion Forces n-pentane 309.4K Neopentane 282.7K 9

พันธะเคมี อ. ศราวุทธ แสงอุไร Intermolecular Forces London Dispersion Forces 10

พันธะเคมี อ. ศราวุทธ แสงอุไร Dipole-dipole Forces A polar molecule has an atom that has a partial negative or partial positive charge all the time. Polar δ + δ - Since these charges “ stick ” around, we would expect these bonds to last longer and be stronger, which is in fact what happens. δ + δ - How does this affect the boiling point? 11

พันธะเคมี อ. ศราวุทธ แสงอุไร Intermolecular Forces 12

พันธะเคมี อ. ศราวุทธ แสงอุไร     13 Dipole Interactions

พันธะเคมี อ. ศราวุทธ แสงอุไร Dispersion Forces A dispersion force is the force of attraction between an instantaneous dipole and an induced dipole. Also called a London force after Fritz London who offered a theoretical explanation of these forces in The polarizability of an atom or molecule is a measure of the ease with which electron charge density is distorted by an external electrical field. The greater the polarizability of molecules, the stronger the intermolecular forces between them. 14

พันธะเคมี อ. ศราวุทธ แสงอุไร Molecular Shape and Polarizability 15

พันธะเคมี อ. ศราวุทธ แสงอุไร Hydrogen Bonding A hydrogen bond is a very strong dispersion force. Think of it as being even more permanent than a dipole- dipole force. It only occurs when hydrogen is bonded to fluorine, nitrogen, or oxygen. (MEMORIZE!) 16

พันธะเคมี อ. ศราวุทธ แสงอุไร Hydrogen Bonding O HH δ - δ + O HH δ - δ + Remember, hydrogen bonding only exists when the hydrogen is attached to fluorine, oxygen, or nitrogen. 17

พันธะเคมี อ. ศราวุทธ แสงอุไร H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O 18 Hydrogen Bonding

พันธะเคมี อ. ศราวุทธ แสงอุไร 19 Hydrogen Bond in Water

พันธะเคมี อ. ศราวุทธ แสงอุไร examples Can you guess the predominant intermolecular force for each of these substances? SO 2 NH 3 CH 4 Lewis Structure Polarity polar polar nonpolar Force Dispersion Hydrogen London

พันธะเคมี อ. ศราวุทธ แสงอุไร 21

พันธะเคมี อ. ศราวุทธ แสงอุไร 22

พันธะเคมี อ. ศราวุทธ แสงอุไร Intermolecular Hydrogen Bonds 23

พันธะเคมี อ. ศราวุทธ แสงอุไร 24 Intermolecular Hydrogen Bonds

พันธะเคมี อ. ศราวุทธ แสงอุไร Summary of Intermolecular Forces H-bonding > Dipole/Dipole > Dipole/Induced Dipole > Induced Dipole/Induced Dipole 25

พันธะเคมี อ. ศราวุทธ แสงอุไร Intermolecular Forces Comparing Intermolecular Forces 26

พันธะเคมี อ. ศราวุทธ แสงอุไร Polar → Polar Nonpolar → Nonpolar Like Dissolves Like Molecules having similar polarity will attract each other 27 Affinity between Two Molecules

พันธะเคมี อ. ศราวุทธ แสงอุไร Like dissolves like Generally, similar intermolecular forces will be miscible when comparing compounds of similar size. (It is possible for intermolecular forces that are close to each other to be miscible. However, intermolecular forces that are not next to each other will not be miscible.) Determine the intermolecular forces for each and which pairs of solutes and solvent will most likely be miscible? CO 2 (London) and H 2 O (H-bond) immiscible NaCl (ionic) and H 2 O (H-bond) miscible CH 4 (London) and KCl (ionic) Immiscible CO 2 (London) and O 3 (London) miscible Ionic H-bonding Dipole- dipole London Strength of bonding 28

พันธะเคมี อ. ศราวุทธ แสงอุไร H+H+ OH - H2OH2O Solvent (water) Solvent : Water dissolves some amount of virtually every solid or gas. + Ca 2+, Mg 2+, HCO 3 -, Cl -, etc Solutes (dissolved constituents) H+H+ OH - H2OH2O Mg 2+ Ca 2+ HCO 3 - Solution (solvent + solutes) PROPERTIES OF WATER Also because of the polar nature of water, ions will be surrounded by water dipoles (hydrated) in solution. Ca 2+ Cl - Hydration isolates the ions from their neighbors and neutralizes the attractive forces that hold minerals together. 29

พันธะเคมี อ. ศราวุทธ แสงอุไร Diamond Graphite 30 Network Solids

พันธะเคมี อ. ศราวุทธ แสงอุไร The Structures of Diamond and Graphite

พันธะเคมี อ. ศราวุทธ แสงอุไร Covalent Bonds of Network Covalent Solids 32

พันธะเคมี อ. ศราวุทธ แสงอุไร แหล่งอ้างอิง Martin S. Silberberg, Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change, McGraw-Hill Higher Education, 2004 Raymond Chang, Chemistry, Williams College, McGraw-Hill Higher Education, 2002