Wat zijn dipoolkrachten?
Dipoolkrachten beschrijven een vorm van interactie die tussen moleculen kan optreden. Net als magneten zijn moleculen vaak polair; ze hebben positieve en negatieve ladingen aan verschillende kanten op basis van hun moleculaire structuur. Het positieve deel van het ene molecuul kan het negatieve deel van een ander aantrekken en ze samenbrengen. Er zijn twee verschillende soorten dipoolkrachten; sommige zijn permanent en sommige duren slechts een ogenblik. Beide soorten hebben een significante invloed op de interacties tussen moleculen.
Tijdelijke, onmiddellijke dipoolkrachten staan bekend als dispersiekrachten in Londen. Elektronen in atomen zijn zeer mobiel en kunnen zodanig worden uitgelijnd dat een tijdelijke dipool of scheiding van positieve en negatieve ladingen optreedt. Wanneer dit met meerdere moleculen tegelijkertijd gebeurt, kunnen korte aantrekkelijke of afstotende krachten optreden. Dit proces is gebaseerd op de waarschijnlijkheid dat de opstelling van elektronen in een bepaald atoom of molecuul op een specifieke manier op een specifiek tijdstip zal bestaan. De dispersiekrachten van Londen zijn, ondanks hun relatieve zeldzaamheid in individuele atomen en moleculen, aanzienlijk omdat het enorme aantal atomen of moleculen dat typisch aanwezig is in een bepaalde substantie bijna garandeert dat ten minste enkele van hen zullen interageren via instantane dipolen.
Permanente dipoolkrachten staan bekend als dipool-dipoolinteracties of Keesom-interacties en bestaan tussen polaire moleculen. Een molecuul heeft de neiging om een permanente dipool te hebben wanneer het is samengesteld uit atomen met verschillende elektronegativiteitswaarden. Elektronegativiteit is een eigenschap van atomen of moleculen die hun vermogen beschrijft om elektronen naar zich toe te trekken en bindingen te vormen met andere atomen of moleculen. Wanneer atomen met verschillende elektronegativiteitswaarden binden en moleculen vormen, hebben ze de neiging om permanente, verschillende ladingen op verschillende delen van hun structuren te hebben. Wanneer moleculen met permanente dipolen in de buurt van andere moleculen met permanente dipolen zijn, zijn er veel sterke aantrekkelijke en afstotende interacties tussen de polaire delen van de moleculen.
Waterstofbindingen zijn een derde soort intermoleculaire interactie veroorzaakt door dipoolkrachten en zijn een andere vorm van permanente dipoolinteracties. Ze kunnen alleen voorkomen tussen waterstof en een ander atoom, vandaar de naam. Het andere atoom kan zuurstof, fluor of stikstof zijn. Waterstofbindingen zijn in wezen een sterkere vorm van dipool-dipool-interacties.
Waterstofbindingen zijn waarschijnlijk de belangrijkste van de verschillende soorten dipoolkrachten vanwege hun effecten op water. Watermoleculen zijn erg polair vanwege hun elektronenarrangementen en ze vertonen de neiging om veel waterstofbindingen te vertonen. De waterstofatomen op één watermolecuul kunnen een wisselwerking hebben met zuurstofatomen op andere watermoleculen. Deze mate van aantrekking geeft water veel van de eigenschappen die nodig zijn voor zijn vitale rol in het milieu van de aarde, zoals cohesie en een hoog kookpunt. Er is een aanzienlijke hoeveelheid energie nodig om waterstofbruggen te overwinnen, wat zorgt voor veel stabiliteit in een omgeving die voornamelijk uit water bestaat.