Trả lời nhanh
Tương tác van der Waals tồn tại giữa các phân tử, kể cả phân tử không phân cực như H2, N2, CH4 và giữa các nguyên tử khí hiếm như He, Ne, Ar. Đây là lực hút rất yếu so với liên kết hóa học, nhưng đủ để các chất khí hóa lỏng, hóa rắn khi hạ nhiệt độ. Nó không phải là liên kết giữa các nguyên tử trong cùng một phân tử.
Bản chất của tương tác van der Waals
Phân tử nào cũng có electron chuyển động liên tục. Tại một thời điểm, đám mây electron có thể lệch về một phía, khiến phân tử xuất hiện một lưỡng cực tạm thời. Lưỡng cực này làm phân tử bên cạnh bị lệch electron theo (lưỡng cực cảm ứng), và hai phân tử hút nhau yếu. Vì mọi phân tử đều có electron nên tương tác này tồn tại ở mọi chất.
Các loại lực van der Waals
- Lực tán xạ (lực London): giữa các lưỡng cực tạm thời và cảm ứng; có ở mọi phân tử, kể cả phân tử không phân cực và khí hiếm.
- Lực lưỡng cực – lưỡng cực: giữa hai phân tử phân cực có đầu dương và đầu âm hút nhau, như HCl, SO2.
- Lực lưỡng cực – lưỡng cực cảm ứng: phân tử phân cực làm biến dạng đám mây electron của phân tử không phân cực bên cạnh.
Yếu tố làm lực này mạnh hay yếu
- Khối lượng phân tử và kích thước: phân tử càng lớn, càng nhiều electron, đám mây càng dễ bị biến dạng nên lực hút càng mạnh.
- Hình dạng phân tử: phân tử dài, thẳng tiếp xúc với nhau nhiều hơn phân tử gọn, phân nhánh nên lực lớn hơn.
- Độ phân cực: thêm lực lưỡng cực – lưỡng cực nếu phân tử phân cực.
Ảnh hưởng đến nhiệt độ sôi
Lực van der Waals càng mạnh thì cần càng nhiều năng lượng để tách các phân tử ra xa, nhiệt độ sôi càng cao. Hai dãy số liệu dưới đây cho thấy rõ quy luật:
| Dãy chất | Nhiệt độ sôi gần đúng (°C) |
|---|---|
| Khí hiếm: He, Ne, Ar, Kr, Xe | -269; -246; -186; -153; -108 |
| Halogen: F2, Cl2, Br2, I2 | -188; -34; 59; 184 |
Từ trên xuống dưới, khối lượng phân tử tăng nên nhiệt độ sôi tăng. Đó là lý do flo và clo là chất khí, brom là chất lỏng, iot là chất rắn ở điều kiện thường.
Phân biệt với liên kết hydrogen và liên kết hóa học
- Liên kết hóa học (cộng hóa trị, ion): rất mạnh, nằm giữa các nguyên tử trong phân tử hoặc giữa các ion trong tinh thể.
- Liên kết hydrogen: mạnh hơn van der Waals, xuất hiện khi H gắn với nguyên tử độ âm điện lớn như F, O, N (ví dụ nước, ammonia). Nhờ đó nước sôi ở 100°C trong khi H2S có khối lượng phân tử lớn hơn lại sôi ở khoảng -60°C.
- Tương tác van der Waals: yếu nhất, có ở mọi phân tử.
Lỗi sai thường gặp
- Cho rằng chỉ phân tử phân cực mới có tương tác van der Waals. Phân tử không phân cực vẫn có lực tán xạ.
- Nhầm tương tác van der Waals với liên kết cộng hóa trị trong phân tử.
- Quên rằng tăng khối lượng phân tử thường làm tăng nhiệt độ sôi khi các chất cùng loại liên kết.
Mẹo nhớ
Hãy nhớ câu: “Van der Waals đi giữa các phân tử, liên kết hóa học đi bên trong phân tử”. Muốn so sánh nhiệt độ sôi hai chất không có liên kết hydrogen, hãy so khối lượng phân tử trước.
Luyện tập có đáp án
Câu 1. Vì sao neon (khí hiếm gồm các nguyên tử riêng lẻ) vẫn hóa lỏng được ở nhiệt độ rất thấp?
Đáp án: Vì giữa các nguyên tử neon vẫn có lực van der Waals (lực tán xạ), khi nhiệt độ đủ thấp lực này giữ các nguyên tử gần nhau.
Câu 2. So sánh nhiệt độ sôi của CH4 và C2H6.
Đáp án: C2H6 sôi cao hơn do khối lượng phân tử lớn hơn nên lực van der Waals mạnh hơn.
Câu 3. Giữa các phân tử I2 trong tinh thể có loại lực nào?
Đáp án: Chủ yếu là lực tán xạ van der Waals, vì I2 là phân tử không phân cực.
Câu hỏi thường gặp
Tương tác van der Waals tồn tại giữa những gì?
Giữa các phân tử (cả phân cực và không phân cực) và giữa các nguyên tử khí hiếm; không phải giữa các nguyên tử trong cùng một phân tử.
Tương tác van der Waals mạnh hay yếu so với liên kết hydrogen?
Yếu hơn. Liên kết hydrogen mạnh hơn nhưng chỉ xuất hiện khi H gắn với F, O hoặc N; còn van der Waals có ở mọi phân tử.
Vì sao iot là chất rắn còn clo là chất khí ở điều kiện thường?
Phân tử I2 lớn hơn Cl2 nhiều nên lực van der Waals giữa các phân tử I2 mạnh hơn, khiến iot có nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy cao hơn.
Yếu tố nào quyết định độ mạnh của lực van der Waals?
Chủ yếu là khối lượng và kích thước phân tử, hình dạng phân tử và độ phân cực.