Tương tác van der Waals: lực hút giữa các phân tử, ảnh hưởng đến nhiệt độ sôi và bài tập có đáp án Hóa 10
Tương tác van der Waals là lực hút yếu giữa các phân tử do lưỡng cực tạm thời và lưỡng cực cảm ứng. Tương tác tăng theo khối lượng phân tử, ảnh hưởng đến nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy của halogen, khí hiếm, alkane. Có bài tập đáp án.
Tương tác van der Waals là gì?
Tương tác van der Waals là lực hút yếu giữa các phân tử (hoặc nguyên tử khí hiếm), xuất hiện do sự hình thành các lưỡng cực tạm thời và lưỡng cực cảm ứng. Dù yếu hơn liên kết hóa học rất nhiều, tương tác này quyết định nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy của nhiều chất cộng hóa trị.
Bản chất của tương tác van der Waals
Electron trong phân tử luôn chuyển động nên tại mỗi thời điểm điện tích có thể phân bố lệch, tạo lưỡng cực tạm thời. Lưỡng cực này cảm ứng lên phân tử bên cạnh làm xuất hiện lưỡng cực cảm ứng, và hai lưỡng cực hút nhau.
- Tương tác tăng khi khối lượng phân tử và số electron tăng (dễ biến dạng đám mây electron).
- Tương tác tăng khi diện tích tiếp xúc giữa các phân tử tăng.
- Phân tử phân cực có thêm tương tác lưỡng cực – lưỡng cực.
Ảnh hưởng đến nhiệt độ sôi
| Chất | $\ce{F2}$ | $\ce{Cl2}$ | $\ce{Br2}$ | $\ce{I2}$ |
|---|---|---|---|---|
| Trạng thái thường | Khí | Khí | Lỏng | Rắn |
| Nhiệt độ sôi ($^\circ\text{C}$) | $-188$ | $-34$ | $59$ | $184$ |
| Khí hiếm | He | Ne | Ar | Kr | Xe |
|---|---|---|---|---|---|
| Nhiệt độ sôi ($^\circ\text{C}$) | $-269$ | $-246$ | $-186$ | $-153$ | $-108$ |
Ví dụ 1
Giải thích nhiệt độ sôi của các halogen tăng từ $\ce{F2}$ đến $\ce{I2}$.
Khối lượng phân tử và số electron tăng nên tương tác van der Waals mạnh dần, cần nhiều năng lượng hơn để tách các phân tử.
Ví dụ 2
Chất nào có nhiệt độ sôi cao hơn: $\ce{CH4}$ hay $\ce{C2H6}$?
$\ce{C2H6}$ vì phân tử lớn hơn, tương tác van der Waals mạnh hơn.
Xem bài: Liên kết cộng hóa trị phân cực
So sánh với liên kết hóa học
Năng lượng của tương tác van der Waals chỉ khoảng $0{,}1$ đến vài kJ/mol, nhỏ hơn rất nhiều so với liên kết cộng hóa trị (hàng trăm kJ/mol). Khi chất đổi trạng thái, chỉ tương tác này bị phá vỡ chứ liên kết trong phân tử không bị phá.
Những lỗi thường gặp
Bài tập thực hành
- Tương tác van der Waals là gì?
- Vì sao $\ce{I2}$ là chất rắn còn $\ce{Cl2}$ là chất khí ở nhiệt độ thường?
- Nhiệt độ sôi của He và Xe, chất nào cao hơn? Vì sao?
- Yếu tố nào làm tăng tương tác van der Waals?
- Khi nước đá bay hơi (thăng hoa) có đứt liên kết O–H không?
Đáp án
- Lực hút yếu giữa các phân tử do lưỡng cực tạm thời và cảm ứng.
- $\ce{I2}$ có khối lượng phân tử lớn hơn nên tương tác mạnh hơn.
- Xe cao hơn vì có nhiều electron hơn nên tương tác mạnh hơn.
- Khối lượng phân tử lớn, nhiều electron, diện tích tiếp xúc lớn.
- Không, chỉ các tương tác giữa các phân tử bị thắng.
Tổng kết
Bài học liên quan
Bài trước: Năng lượng liên kết và độ dài liên kết
Bài tiếp theo: Liên kết hydrogen
Xem tất cả bài học chủ điểm Liên kết hóa học
Câu hỏi thường gặp
Tương tác van der Waals là gì?
Là lực hút yếu giữa các phân tử hoặc nguyên tử khí hiếm.
Tương tác này mạnh hay yếu hơn liên kết hóa học?
Yếu hơn rất nhiều.
Tương tác van der Waals ảnh hưởng gì đến chất?
Ảnh hưởng nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy và trạng thái của chất.
Vì sao khí hiếm hóa lỏng ở nhiệt độ rất thấp?
Vì tương tác giữa các nguyên tử khí hiếm rất yếu.