background image

1

Oddziaływania 

międzycząsteczkowe

2

Oddziaływania międzycząsteczkowe są siłami elektro-
statycznego przyciągania między cząsteczkami lub atoma-
mi. Oddziaływania te nie są wiązaniami chemicznymi.

Do oddziaływań międzycząsteczkowych zaliczamy:
1. Wiązania wodorowe
2. Oddziaływania jon – jon
3. Siły van der Waalsa

Siła oddziaływań międzycząsteczkowych:

Siły van der Waalsa < wiąz. wodorowe <  oddz. jon – jon

background image

3

Wiązania wodorowe powstają między cząsteczkami, które 

spełniają następujące warunki:

1. W obu cząsteczkach występują atomy silnie 

elektroujemnych pierwiastków (F, O, N).

2. Przynajmniej w jednej cząsteczce musi się znajdować

atom wodoru związany kowalencyjnie z atomem silnie 
elektroujemnym.

3. Cząsteczki muszą się zbliżyć do siebie w taki sposób, 

aby atom wodoru związany kowalencyjnie z atomem 
elektroujemnym jednej cząsteczki, spotkał się z atomem 
elektroujemnym drugiej cząsteczki.

4

4. Wiązanie wodorowe jest najsilniejsze gdy atomy 

elektroujemne i atom wodoru między nimi leżą w jednej 
linii.

Wiązania wodorowe są 10 – 30 razy słabsze od 

wiązań chemicznych (kowalencyjnych, jonowych).

W układach bilogicznych komórkach wiązania 

wodorowe występują pomiędzy parami atomów:  

O i O,      N i N,      O i N.

background image

5

R

N

H

H

H

O

H

δ+

δ−

R

N

H

H

H

N

H

R

1

amina - woda

amina - amina

6

R

O

H

H

O

R

alkohol-alkohol

R

C

O

N

H

H

O

H

H

woda-amid

R

C

O

O

H

R

C

O

O

H

2 kwasy karboksylowe

background image

7

H

O

H

H

O

H

H

O

H

H

O

H

H

O

H

8

Nazwa

Masa 

molowa

Maks. liczba 

wiązań

wodorowych

Temp. 
wrzenia

Propan

44

0

- 42ºC

Woda

18

4

100ºC

Metanol

32

3

65ºC

Etanol

46

3

78ºC

Eter 
dimetylowy

46

0

- 42ºC

Eter 
dietylowy

70

0

35ºC

background image

9

Oddziaływania jon – jon
Są to siły przyciągania między cząsteczkami posiadającymi 
różnoimienne ładunki elektryczne. 

Różnią się od wiązań jonowych tym, że ładunki elektryczne 
są rozmyte (zdelokalizowane) na kilka atomów, a odleg-
łości między ładunkami są znacznie większe w porównaniu 
z odległościami między jonami w sieci krystalicznej.

Podlegają prawu Coulomba czyli siła oddziaływań jest 
proporcjonalna do 1/r

2

, gdzie r jest odległością między 

ładunkami.

10

R

C

O

O

N

R

1

H

H

H

Oddziaływanie jon – jon jest często spotykanym wiązaniem 

stabilizującym III-rzędową strukturę białek.

Oddziaływania tego typu są silnie osłabiane przez jony soli
obecne w roztworze, które powodują efekt „ekranowania”. 

R

C

O

O

N

R

1

H

H

H

Na

Cl

background image

11

Siły van der Waalsa (oddziaływania Londona, 
oddziaływania dyspersyjne)
Najsłabsze oddziaływania międzycząsteczkowe. 

Występują pomiędzy wszystkimi rodzajami cząsteczek.

Istnieją trzy rodzaje takich oddziaływań:

Dipol trwały – dipol trwały              (efekt orientacyjny)

Dipol trwały – dipol indukowany     (efekt indukcyjny)
lub jon – dipol indukowany

Dipol chwilowy – dipol chwilowy     (efekt dyspersyjny)

12

Efekt orientacyjny

background image

13

Efekt indukcyjny

Siła oddziaływań proporcjonalna do 1/r

4

14

Efekt dyspersyjny

Siła oddziaływań proporcjonalna do 1/r

6

background image

15

Roztwory

Roztworem nazywamy jednorodną mieszaninę substancji 
stanowiącą jedną fazę.

Roztwory mogą się znajdować w stanie gazowym, ciekłym 
lub stałym.

Substancję, która występuje w nadmiarze nazywamy 
rozpuszczalnikiem.

Roztwory właściwe składają się z rozpuszczalnika i sub-
stancji rozpuszczonej, której wymiary wynoszą poniżej 10

-7

cm (1 nm). Roztwory właściwe nie dają efektu Tyndalla.

Roztwory koloidalne zawierają cząstki substancji 
rozpuszczonej o wymiarach 1 – 200 nm, dają efekt 
Tyndalla.

16

Mechanizmy tworzenia roztworów

1. Solwatacja (hydratacja)

2. Dyspersja

3. Reakcja chemiczna

background image

17

1Solwatacja

Proces otaczania cząsteczek substancji rozpuszczonej 
przez cząsteczki rozpuszczalnika stabilizowany przez 
oddziaływania międzycząsteczkowe. Powstają tzw. 
solwaty.

Zachodzi wówczas, gdy obie substancje mają charakter 
polarny i mogą się przyciągać lub mogą tworzyć wiązania 
wodorowe.
Mechanizm solwatacji zachodzi podczas rozpuszczania w 
wodzie soli i wodorotlenków lub związków z grupami silnie 
polarnymi np. wodorotlenowymi lub aminowymi.

18

Solwatacja (hydratacja) w wyniku oddziaływań dipol - jon

background image

19

C

C

H

H

H

O

N

H

H

O

H

H

O

H

H

O

H

H

O

H

H

O

H

H

Hydratacja w wyniku tworzenia wiązań wodorowych

20

2. Dyspersja

Zachodzi wówczas, gdy obie substancje mają charakter 
apolarny. Nie dochodzi wtedy do solwatacji lecz w wyniku 
procesów dyfuzji następuje ujednorodnienie układu 
dwufazowego do jednofazowego. 

Powodem dyfuzji są w tym przypadku oddziaływania 
międzycząsteczkowe typu dipol chwilowy – dipol chwilowy, 
czyli siły van der Waalsa (efekt dyspersyjny).

Przykładem może być np. rozpuszczanie toluenu w 
benzenie. 

background image

21

Tworzenie roztworu w wyniku dyspersji zachodzi także w 
trakcie rozpuszczania substancji apolarnej w rozpuszczal-
niku polarnym (np. tlen w wodzie) lub odwrotnie (np. woda 
w benzenie).

Do dyspersji dochodzi w wyniku oddziaływań typu dipol 
trwały – dipol indukowany, czyli sił van der Waalsa (efekt 
indukcyjny).

W układach tego rodzaju roztwory mają bardzo niskie 
stężenia. 

22

3. Reakcja chemiczna pomiędzy rozpuszczalnikiem i 
cząsteczkami substancji rozpuszczanej. Powstają nowe 
związki chemiczne. 

2Na  +  2H

2

O               2Na   +   2OH   +   H

2

HCl  +  H

2

O               H

3

O    +   Cl

RCOOH  +  H

2

O               H

3

O    +   RCOO

NH

3

  +  H

2

O               NH

4

   +   OH

background image

23

Rozpuszczalność (definicje)

Definicja potoczna
Zdolność substancji do rozpuszczania się. 

Definicja chemiczna 1
Masa substancji wyrażona w gramach, która tworzy w 
określonych warunkach (temp. i ciśnienia) roztwór 
nasycony w 100 g danego rozpuszczalnika.
Stosowana jest w katalogach i kalendarzach chemicznych 
w celu charakterystyki właściwości danego związku.

Definicja chemiczna 2

Rozpuszczalność (S) jest to stężenie molowe nasyconego 
roztworu danej substancji w określonych warunkach (temp. 
i ciśnienia).

Stosowana do obliczeń.

24

Nie ma prostego związku między budową cząsteczek roz-
puszczalnika, a budową cząsteczek substancji rozpusz-
czonej.

Istnieje ogólna tendencja, że substancje jonowe i polarne 
rozpuszczają się lepiej w rozpuszczalnikach polarnych, a 
substancje apolarne w rozpuszczalnikach apolarnych.

Istnieje jednak bardzo wiele przykładów, że substancje 
jonowe (sole i wodorotlenki) rozpuszczają się w wodzie 
bardzo słabo (AgCl, PbS, BaSO

4

, Ca(OH)

2

).

Związki kowalencyjne z grupami polarnymi zwykle dobrze 
rozpuszczają się w wodzie, ale rozpuszczalność spada dla 
związków makrocząsteczkowych (np. skrobia, białka), 
które tworzą roztwory koloidalne.

background image

25

metanol                    etanol                            propanol

Rozpuszczają się w wodzie bez ograniczeń

n

-butanol

S = 9 g/100g

n

-pentanol

S = 2,7 g/100g

26

W miarę wzrostu części apolarnej cząsteczki obniża się
stała dielektryczna związku i jego rozpuszczalność w wo-
dzie maleje.
Stała dielektryczna 

ε, wskazuje ile razy oddziaływanie

między ładunkami elektrycznymi jest słabsze w obecnoś-
ci danego rozpuszczalnika w porównaniu z próżnią.

ε

ε

próżnia

1

aceton

21,4

woda 80

eter

4,3

metanol

33 benzen

2,4

etanol

24

CCl

4

2,2

n

-propanol

20

heksan

2

n

-butanol

18

n

-pentanol

16

background image

27

Niektóre związki wykazują powinowactwo zarówno do

związków polarnych, jak również apolarnych.

Cząsteczki z wyraźną biegunowością polarności nazy-
wamy amfilowymi lub amfipatycznymi.

Jon stearynianowy jest amfipatyczny

(ładunek ujemny zaznaczony kolorem czerwonym)

28

Właściwości roztworów

• Ciśnienie osmotyczne
• pH
• Efekt ebulioskopowy
• Efekt krioskopowy
• Przewodnictwo elektryczne
• Lepkość

Wszystkie te właściwości są proporcjonalne do stężenia 

molowego roztworu.

background image

29

Stężenia

1. Ułamek molowy jest stosunkiem liczby moli danego 

składnika roztworu do sumy liczby moli wszystkich 
składników.
Ułamek molowy jest rzadko stosowany w biochemii i 
chemii organicznej. Stosowany jest w chemii fizycznej 
do niektórych obliczeń.

2Stężenie molowe (c) jest stosunkiem liczby moli sub-

stancji rozpuszczonej do objętości roztworu wyrażonej w 
dm

3

.

Stężenie molowe zwane też molowością oznaczane jako c
lub M jest najczęściej stosowanym rodzajem stężenia.

30

c

n

V

=

Gdzie n  jest liczbą moli, a V objętością w dm

3

.

Molowość można też obliczyć stosując jako n liczbę mmoli
i wyrażając objętość w cm

3

.

3. Stężenie procentowe (c%) jest stosunkiem masy 

substancji rozpuszczonej do masy roztworu wyrażonym 
w procentach.

c%

m
M

=

100%

x

jednostką c jest mol/dm

3

background image

31

Zależnie od potrzeb stosowane są różne odmiany stęże-
nia procentowego:

% wagowo – wagowy (stosunek mas, g/g), gdy gęstość

roztworu znacząco różni się od 1 g/cm

3

.

% wagowo – objętościowy (stosunek masy do objętości, 

g/v), gdy gęstość roztworu w przybliżeniu wynosi 1 
g/cm

3

.

% objętościowo – objętościowy (stosunek objętości, v/v), 

gdy substancja rozpuszczona i rozpuszczalnik są
roztworami.

32

Aktywność molowa

Zauważono, że właściwości stężonych roztworów niek-
tórych substancji (szczególnie mocnych elektrolitów) nie
Są wprost proporcjonalne do stężenia molowego.

W ramach tzw. teorii elektrolitów mocnych zapropono-
wano pojęcie aktywności molowej , nazywaną także
aktywnością roztworu, które w wielu równaniach powin-
no zastępować stężenie molowe. 
Jednostką aktywności (a) jest mol/dm

3

.

Aktywność molowa jest efektywnym termodynamicznie
(pozornym) stężeniem roztworu przejawiającym się w
konkretnych właściwościach fizykochemicznych roztworu.

background image

33

+

_

+

_

_

+

Pomiar przewodnictwa (niskie stężenie jonów)

34

+

_

+

_

+

Pomiar przewodnictwa (wysokie stężenie jonów)

_

_

+

+

_

_

+

_

background image

35

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

M

o

lar conce

ntra

tio

n and act

ivi

ty

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

Concentration (g/100g)

C
a

36

Aktywność zależy od stężenia molowego roztworu, lecz 
nie jest do niego wprost proporcjonalna

a ~ c

a = · c

gdzie  f  jest współczynnikiem aktywności zależnym od 
siły oddziaływań między cząsteczkami substancji 
rozpuszczonej.

0 ≤ ≤ 1     czyli     0 ≤ a ≤ c 

Aktywność jest równa molowości tylko w roztworach 
nieskończenie rozcieńczonych (w praktyce o bardzo 
niskim stężeniu), w których = 1.

background image

37

Wartość zależy od oddziaływań między jonami. Im są
silniejsze, tym jest niższy. Wzrost stężenia jonów 
obniża współczynnik aktywności.

Absolutna wielkość ładunku jonów również ma wpływ 
na f.

Np. jony Ca

2+

wpływają na wartość w większym 

stopniu niż jony Na

o tym samym stężeniu.