قوى التجاذب بين جزئيات المادة، تكون موجودة في الحالة الصلبة والسائلة، بينما تكون شبه معدومة في الحالة الغازية، وهي قوى الجذب أو التنافر التي تعمل بين الذرات أو الجزئيات أو الأيونات. الجزئيات القطبية لها توزيع غير متساوٍ للشحنة بحيث يكون أحد أجزاء الجزيء موجب والطرف الآخر يكون سالب مثل جزئيات ثنائي القطب، أما الجزئيات غير القطبية لها توزيع متساوٍ من الشحنات.
أنواع قوى التجاذب بين الجزئيات
يوجد قوى تجاذب بين الجزئيات المشحونة تقسم إلى:
1. قوى تجاذب ثنائي القطب
هي عبارة عن قوى جذب ضعيفة تظهر بين الجزئيات القطبية بسبب وجود الشحنات الكهربائية الجزئية على كل جزيء، ينشأ فيها التجاذب بين الطرف الذي يحمل الشحنة السالبة الجزئية مع الطرف الذي يحمل الشحنة الموجبة الجزئية، تزداد هذه القوى بزيادة عزم الازدواج القطبي والكتلة المولية للجزيء.
تميل الجزئيات في حالة السيولة إلى التجاذب لكي تقلل من طاقتها، ومن ثم تكون قوى التجاذب بين الجزئيات القطبية في الحالة السائلة أعلى من قوى التنافر، تتخذ الجزئيات القطبية ترتيباً منتظماً في الحالة الصلبة حتى تصبح أكثر ثباتاً وأقل طاقة.
درجة غليان المركبات التي ترتبط بقوى ثنائية القطب أعلى من درجة غليان المركبات غير القطبية، لأن قوى التجاذب بين الجزئيات القطبية أقوى من الجزئيات غير القطبية، وبالتالي فإن الطاقة اللازمة للتغلب على هذه القوى وتفكيكها تكون كبيرة، الجزئيات القطبية التي ترتبط بقوى ثنائية القطب هي: ،
،
.
العوامل التي تؤثر على قوى التجاذب ثنائية القطب
تتأثر هذه القوى بعاملين هما:
1- الشحنات الجزئية الموجبة والسالبة الموجودة على طرفي الجزيء.
2- المسافة الفاصلة بين الأقطاب.
2. الرابطة الهيدروجينية
هي قوى تجاذب بين الجزئيات التي تحتوي على ذرة هيدروجين مرتبطة برابطة مشتركة مع إحدى الذرات صغيرة الحجم وذات كهروسلبية عالية مثل الفلور والأكسجين والنتروجين.
يستدل على وجود الرابطة الهيدروجينية كقوة تجاذب بين الجزئيات وذلك عند دراسة درجة غليان بعض المواد ومحاولة تفسير ارتفاعها في بعض المواد بشكل أكبر، ومن المتوقع اعتماداً على الكتلة المولية والعزم القطبي على افتراض أن هذه الجزئيات متشابهة في نوع قوة التجاذب وهي ثنائية القطب.
فاعلية الرابطة الهيدروجينية في الماء
وجود الرابطة الهيدروجينية بين جزئيات الماء مهم جداً، بحيث لولا وجود هذه الرابطة لكانت درجة غليان الماء منخفضة بناءً على التجاذب الضعيف بين جزئياته أسوة بالجزئيات الأخرى المشابهة له، لكن الرابطة الهيدروجينية تعمل كجسر يؤدي إلى زيادة قوة التماسك بين الجزئيات وبالتالي ترتفع درجة الغليان.
عند مقارنة الرابطة التساهمية مع الرابطة الهيدروجينية في جزيء الماء ، تكون الرابطة التساهمية أقصر من الرابطة الهيدروجينية، وتعتبر الرابطة التساهمية أقوى من الرابطة الهيدروجينية، وتُمثل الرابطة التساهمية بخط متصل (_)، بينما يُمثل الرابطة الهيدروجينية على شكل نقط (…..) حتى نميز الرابطة التساهمية عن الرابطة الهيدروجينية.
أمثلة على المواد التي ترتبط جزئياتها بالرابطة الهيدروجينية
1- الماء()، (
)، (
).
2- الكحولات مثل: ،
.
3- الأمينات مثل: ،
.
4- الحموض الكربوكسيلية مثل: ،
.
أهمية الرابطة الهيدروجينية
1- زيادة وارتفاع درجة الغليان والانصهار للمواد التي ترتبط جزئياتها بها.
2- تؤثر في ذائبية بعض المواد في الماء مثل ذوبان الأمونيا او بعض الكحولات والأمينات، الألدهيدات، الكيتونات، الحموض الكربوكسيلية بسبب تكوين تجاذب على شكل روابط هيدروجينية بين هذه المواد وجزئيات الماء.
3. قوى لندن
هي قوى تجاذب ضعيفة بين الجزئيات أو الذرات، هي قوى تجاذب داخلية بين جميع الذرات أو الجزئيات وتكون قليلة جداً في المواد الأيونية، وهي ناتجة عن القطبية اللحظية من حركة الإلكترونات العشوائية في الذرة أو الجزيء.
تتكون نتيجة لحركة الإلكترونات العشوائية في الذرة، وهناك احتمال لتواجد الإلكترونات على جانب واحد من النواة أكثر من تواجدها على الجانب الآخر في لحظة معينة، وفي مثل هذه الحالة تصبح الذرة قطبية ولو لفترة قصيرة نتيجة لعدم التوازن الحاصل في توزيع الشحنات، ويسمى هذا النوع (ثنائي القطب اللحظي).
ويؤثر ثنائي القطب اللحظي في الذرات المجاورة بسبب تأثيره على حركة الإلكترونات فيها ونتيجة لهذا الاستقطاب تجذب النهاية الموجبة للذرة القطبية إلكترونات الذرة المجاورة، مما يؤدي إلى استقطابها هي الأخرى، وبهذه الطريقة تظهر قوى تجاذب قطبية بين الجزئيات أو الذرات.
المواد التي ترتبط بقوى لندن
1- العناصر النبيلة (بين ذراتها).
2- المواد غير القطبية (بين الجزئيات).
وتتضمن ما يلي:
- عناصر المجموعات الخامسة والسادسة والسابعة مثل:(
،
) التابع للمجموعة الخامسة، (
،
) التابع للمجموعة السادسة، (
،
،
،
) التابعة للمجموعة السابعة.
- جزئيات تتكون من أنواع مختلفة من الذرات مثل:
،
،
،
،
،
،
.
العوامل التي تعتمد عليها قوى لندن
هناك عوامل تعتمد عليها قوى لندن وهي ما يلي:
1- تزايد الكتلة المولية.
2- تزايد الحجم الجزيئي.
3- شكل الجزيء (مساحة سطح الجزيء).
أهمية قوى لندن
درجة الغليان والانصهار للمواد التي ترتبط بقوى لندن تمتاز بانخفاض درجة غليانها وانصهارها مقارنة مع المواد التي ترتبط بروابط أخرى مثل المشتركة أو الأيونية، أو الهيدروجينية، قوى لندن تكون ضعيفة نسبياً لأن وجودها يزول بسرعة، والتجاذب بين الذرات أو الجزئيات لحظي، بالإضافة إلى أن هناك العديد من قوى التنافر التي تتخللها وتؤثر عليها.
تكتسب قوى لندن أهمية في حالة المواد غير القطبية؛ لأنها تعتبر القوة الوحيدة المسؤولة عن التجاذب بين جزئياتها، بينما وجودها في الجزئيات القطبية ليس له قيمة أو أهمية لأنه يوجد ما هو أقوى منها فهي ليست القوة الوحيدة، بل هناك قوى ثنائي القطب وقوى الترابط الهيدروجيني.
