Forces de Keesom

Les forces de Keesom resulten de l'interacció intermolecular entre dipols permanents. Varen ser nomenades en honor al físic neerlandés Willem Hendrik Keesom (1876–1956) qui va anar el primer en proporcionar la seua formulació matemàtica en 1912.

Les forces de Keesom estan relacionats principalment en la electronegatividad. Apareixen entre dos molèculas polars, d'ahí el nom antic de l'interacció dipol-dipol. Les forces de Keesom, com les forces de Debye i de London són només un component de les forces de Van der Waals.

Les forces de Keesom són direccionals. Poden ser vinculats a les interaccions Keesom, interaccions iòniques, sino com a forces Keesom impliquen només càrregues parcials, són menys fortes.

Les forces de Keesom s'utilisen a sovint per a explicar l'evolució de certes propietats físiques depenent del moment dipolar en una estructura de molècules similars. De fet, les forces de Keesom juguen un paper important en la disposició de les molècules sobre l'atra. Per a derrotar a les forces de la Keesom entre molècules polars, és necessari dur més energia que en el cas de molècules del mateix pes molecular pero no polar. Per lo tant líquits formats per molècules polars a sovint tenen punts d'ebullició més alts que aquells en molècules no polars del mateix pes molecular.

Formulació

Es estudía l'interacció entre dos moments dipolares permanents respectius ${\mu }_1$ i ${\mu }_2$ separats per una distància mija $r$. En absència d'atres forces externes, els dipols s'alineen per a reduir al mínim l'energia, de la mateixa manera que ho farien dos imans. No obstant, per l'agitació tèrmica, també tendixen a desalinearse. Per això existix un grau de llibertat angular a considerar en l'ajuda de l'estadística de Boltzmann. L'energia potencial $E$ que es produïx té la forma:

$E\approx \frac{-{\mu }_1^2\cdot {\mu }_2^2}{3(4\cdot \pi \cdot {ϵ}_0{)}^2{k}_B\cdot T\cdot r^6}$

sent:

• ${ϵ}_0$, permissivitat relativa o constant dielèctrica del buit (8,854.10⁻¹² C².J⁻¹.m⁻¹)
• $k_B$, constant de Boltzmann (1,381.10⁻²³ J.K⁻¹)
• $T$, temperatura absoluta (K).

Calculant la derivada de l'energia sobre la distància mija r, es pot remontar a l'expressió de la força de Keesom:

$F_{\text{Keesom}}=\frac{\lambda (T)\cdot {\mu }_1^2\cdot {\mu }_2^2}{r^7}$

a on $\lambda$ és una funció de la temperatura.

Es fa notar que les forces de Keesom s'atenuen ràpidament en la distància (inversamente proporcional a la sèptima potència de la distància). Note's ademés que les forces de Keesom estan vinculades a nivell molecular i per lo tant a la temperatura. Quan esta última s'eleva, les forces de Keesom disminuïxen.

L'energia d'este tipo de conexió vària entre 0,5 i 3 kJ/mol.