Was sind intermolekulare Kräfte?
In der Chemie beschreiben intermolekulare Kräfte verschiedene elektrostatische Kräfte zwischen Atomen und Molekülen. Diese Kräfte umfassen Ionendipolkräfte, Wasserstoffbrückenbindungen, Dipol-Dipolkräfte und Londoner Dispersionskräfte. Obwohl diese Kräfte im Allgemeinen viel schwächer sind als ionische oder kovalente Bindungen, können sie dennoch einen großen Einfluss auf die physikalischen Eigenschaften von Flüssigkeiten, Feststoffen oder Lösungen haben.
Alle intermolekularen Kräfte sind elektrostatischer Natur. Dies bedeutet, dass die Mechanik dieser Kräfte von den Wechselwirkungen geladener Spezies wie Ionen und Elektronen abhängt. Faktoren, die sich auf elektrostatische Kräfte beziehen, wie Elektronegativität, Dipolmomente, Ionenladungen und Elektronenpaare, können die Art der intermolekularen Kräfte zwischen zwei gegebenen chemischen Spezies stark beeinflussen.
Ionendipolkräfte sind zwischen Ionen und den Teilladungen an den Enden der polaren Moleküle vorhanden. Polare Moleküle sind Dipole und haben ein positives und ein negatives Ende. Positiv geladene Ionen werden an das negative Ende eines Dipols und negativ geladene Ionen an das positive Ende eines Dipols angezogen. Die Stärke dieser Art der intermolekularen Anziehung nimmt mit zunehmender Ionenladung und zunehmenden Dipolmomenten zu. Diese besondere Art von Kraft tritt üblicherweise in ionischen Substanzen auf, die in polaren Lösungsmitteln gelöst sind.
Für neutrale Moleküle und Atome umfassen die intermolekularen Kräfte, die vorhanden sein können, Dipol-Dipol-Kräfte, Wasserstoffbrückenbindungen und Londoner Dispersionskräfte. Diese Kräfte bilden die van der Waals-Kräfte, die nach Johannes van der Waals benannt sind. Im Allgemeinen sind sie schwächer als Ionen-Dipolkräfte.
Dipol-Dipol-Kräfte treten auf, wenn sich das positive Ende eines polaren Moleküls dem negativen Ende eines anderen polaren Moleküls nähert. Die Kraft selbst hängt von der Nähe der Moleküle ab. Je weiter die Moleküle entfernt sind, desto schwächer sind die Dipol-Dipol-Kräfte. Die Stärke der Kraft kann auch mit zunehmender Polarität zunehmen.
Londoner Dispersionskräfte können sowohl zwischen unpolaren als auch polaren chemischen Spezies auftreten. Sie sind nach ihrem Entdecker Fritz London benannt. Die Kraft selbst tritt aufgrund der Bildung von augenblicklichen Dipolen auf; Diese können durch die Bewegung von Elektronen in der chemischen Spezies erklärt werden.
Momentane Dipole entstehen, wenn Elektronen um eine chemische Spezies vom Kern einer anderen chemischen Spezies angezogen werden. Im Allgemeinen sind die Londoner Dispersionskräfte für größere Moleküle größer, da größere Moleküle mehr Elektronen haben. Beispielsweise haben große Halogene und Edelgase höhere Siedepunkte als kleine Halogene und Edelgase.
Wasserstoffbrückenbindungen treten zwischen Wasserstoffatomen in einer polaren Bindung und ungeteilten Elektronenpaaren an kleinen elektronegativen Ionen oder Atomen auf. Diese Art der intermolekularen Kraft tritt häufig zwischen Wasserstoffatomen und Fluor, Sauerstoff oder Stickstoff auf. Wasserstoffbrückenbindungen kommen im Wasser vor und sind für den hohen Siedepunkt des Wassers verantwortlich.
Intermolekulare Kräfte können die physikalischen Eigenschaften einer chemischen Spezies stark beeinflussen. Typischerweise sind hohe Siedepunkte, Schmelzpunkte und Viskosität mit hohen intermolekularen Kräften verbunden. Obwohl sie viel schwächer sind als kovalente und ionische Bindungen, sind diese intermolekularen Anziehungskräfte immer noch wichtig für die Beschreibung des Verhaltens chemischer Spezies.