Was sind Dipolkräfte?

Dipolkräfte beschreiben eine Form der Wechselwirkung, die zwischen Molekülen auftreten kann. Moleküle sind wie Magnete oft polar; Sie haben positive und negative Ladungen auf verschiedenen Seiten, basierend auf ihrer Molekülstruktur. Der positive Teil eines Moleküls kann den negativen Teil eines anderen Moleküls anziehen und sie zusammenziehen. Es gibt zwei verschiedene Arten von Dipolkräften; einige sind dauerhaft und einige dauern nur für einen Augenblick. Beide Arten haben einen signifikanten Einfluss auf die Wechselwirkungen zwischen Molekülen.

Temporäre, augenblickliche Dipolkräfte werden als Londoner Dispersionskräfte bezeichnet. Elektronen in Atomen sind sehr beweglich und können sich so ausrichten, dass ein temporärer Dipol oder eine Trennung von positiven und negativen Ladungen auftritt. Geschieht dies gleichzeitig mit mehreren Molekülen, können kurze Anziehungs- oder Abstoßungskräfte auftreten. Dieser Prozess basiert auf der Wahrscheinlichkeit, dass die Anordnung der Elektronen in einem bestimmten Atom oder Molekül zu einem bestimmten Zeitpunkt auf eine bestimmte Weise existiert. Londoner Dispersionskräfte sind trotz ihrer relativen Seltenheit in einzelnen Atomen und Molekülen bedeutend, da die massive Anzahl von Atomen oder Molekülen, die typischerweise in einer gegebenen Substanz vorhanden sind, nahezu garantiert, dass zumindest einige von ihnen durch augenblickliche Dipole in Wechselwirkung treten.

Permanente Dipolkräfte sind als Dipol-Dipol-Wechselwirkungen oder Keesom-Wechselwirkungen bekannt und existieren zwischen polaren Molekülen. Ein Molekül hat in der Regel einen permanenten Dipol, wenn es aus Atomen mit unterschiedlichen Elektronegativitätswerten besteht. Die Elektronegativität ist eine Eigenschaft von Atomen oder Molekülen, die ihre Fähigkeit beschreibt, Elektronen an sich zu ziehen und Bindungen mit anderen Atomen oder Molekülen einzugehen. Wenn Atome mit unterschiedlichen Elektronegativitätswerten Moleküle binden und bilden, neigen sie dazu, an verschiedenen Stellen ihrer Struktur permanent unterschiedliche Ladungen zu haben. Wenn sich Moleküle mit permanenten Dipolen in der Nähe anderer Moleküle mit permanenten Dipolen befinden, gibt es viele starke anziehende und abstoßende Wechselwirkungen zwischen den polaren Teilen der Moleküle.

Wasserstoffbrückenbindungen sind eine dritte Art intermolekularer Wechselwirkungen, die durch Dipolkräfte verursacht werden, und eine andere Form permanenter Dipolwechselwirkungen. Sie können nur zwischen Wasserstoff und einem anderen Atom vorkommen, daher der Name. Das andere Atom kann Sauerstoff, Fluor oder Stickstoff sein. Wasserstoffbrückenbindungen sind im Wesentlichen eine stärkere Form von Dipol-Dipol-Wechselwirkungen.

Wasserstoffbrückenbindungen sind aufgrund ihrer Auswirkungen auf Wasser wahrscheinlich die wichtigsten der verschiedenen Arten von Dipolkräften. Wassermoleküle sind aufgrund ihrer Elektronenanordnung sehr polar und neigen dazu, eine starke Wasserstoffbindung aufzuweisen. Die Wasserstoffatome eines Wassermoleküls können mit Sauerstoffatomen anderer Wassermoleküle interagieren. Diese Anziehungskraft verleiht dem Wasser viele Eigenschaften, die für seine wichtige Rolle in der Umwelt der Erde erforderlich sind, wie Kohäsion und ein hoher Siedepunkt. Die Überwindung von Wasserstoffbrückenbindungen erfordert einen erheblichen Energieaufwand, was in einer Umgebung, die hauptsächlich aus Wasser besteht, zu einer hohen Stabilität führt.