Межмолекулярные силы - это силы между молекулами. По сравнению с силами, которые удерживают молекулу вместе, они обычно относительно слабы, хотя в конечном итоге это силы, удерживающие вместе молекулы в жидкостях и твердых телах. Прочность межмолекулярных материалов в веществе определяет такие физические свойства, как точка кипения и точка плавления. Именно слабость межмолекулярных сил в пропане помогает объяснить, почему это газ при комнатной температуре и атмосферном давлении.
Природа пропана
Пропан имеет молекулярную формулу C3H8: три атома углерода и 8 атомов водорода. Три атома углерода образуют единую цепь с тремя атомами водорода на каждом конце углерода и двумя атомами водорода на среднем углероде. Атомы на обоих концах одинарной связи могут вращаться, поэтому атомы на обоих концах обеих связей вращаются при комнатной температуре. В газовой фазе молекулы беспорядочно летают.
Распределение электронов
Нам нравится думать об электронах как о частицах, но на самом деле они ведут себя в каком-то смысле как волны, а в другом - как частицы. Следовательно, мы никогда не сможем узнать одновременно импульс и положение электрона. Электроны распределяются вокруг ядра как постоянно перемещающееся облако. Хотя в среднем электроны будут распределены равномерно, в любой момент может произойти дисбаланс, с избытком отрицательного заряда в одной области и уменьшением отрицательного заряда в Другой. Молекула очень быстро превратится в диполь с чистым отрицательным зарядом в одной области и чистым положительным зарядом в другой.
Лондонские силы рассеяния
Противоположные обвинения привлекают; как заряды отталкивают. Когда две молекулы приближаются друг к другу, мгновенный диполь в одной молекуле притягивает противоположные заряды в другой молекуле и создает слабый диполь у своего соседа. Теперь два слабых диполя притягиваются друг к другу. Хотя мгновенный диполь первой будет продолжать изменяться, индуцированный диполь во второй молекуле будет следовать этому примеру, так что слабое притяжение между двумя молекулами будет сохраняться. Этот тип межмолекулярного взаимодействия называется лондонской дисперсионной силой. Как правило, более крупные молекулы легче поляризовать, поэтому они испытывают более сильные силы Лондона, чем молекулы меньшего размера.
Лондонские силы в пропане
Лондонские силы - единственная межмолекулярная сила, которую испытывают молекулы пропана. Молекулы пропана относительно малы, поэтому силы Лондона между ними слабы - слишком слабы, чтобы удерживать их вместе в твердой или жидкой фазе при комнатной температуре. Чтобы превратить пропан в жидкость, его нужно охладить, что заставит молекулы двигаться медленнее; при очень низких температурах даже слабые лондонские взаимодействия могут удерживать молекулы пропана вместе. Таким образом, сжатие пропана превратит его в жидкость.