Co to są siły dipolowe?
Siły dipolowe opisują formę interakcji, która może zachodzić między cząsteczkami. Podobnie jak magnesy, cząsteczki są często polarne; mają dodatnie i ujemne ładunki po różnych stronach w oparciu o ich strukturę molekularną. Dodatnia część jednej cząsteczki może przyciągać ujemną część innej, zbliżając je do siebie. Istnieją dwa różne rodzaje sił dipolowych; niektóre są trwałe, a niektóre trwają tylko przez chwilę. Oba rodzaje mają znaczący wpływ na interakcje między cząsteczkami.
Tymczasowe, chwilowe siły dipolowe są znane jako siły dyspersyjne Londynu. Elektrony w atomach są bardzo ruchome i mogą ustawiać się w taki sposób, że zachodzi tymczasowy dipol lub oddzielenie ładunków dodatnich i ujemnych. Kiedy dzieje się tak z wieloma cząsteczkami jednocześnie, mogą wystąpić krótkie siły przyciągające lub odpychające. Proces ten opiera się na prawdopodobieństwie, że układ elektronów w danym atomie lub cząsteczce będzie istniał w określony sposób w określonym czasie. Siły dyspersji Londynu, pomimo ich względnej rzadkości w poszczególnych atomach i cząsteczkach, są znaczące, ponieważ ogromna liczba atomów lub cząsteczek zwykle obecnych w danej substancji prawie gwarantuje, że przynajmniej niektóre z nich będą oddziaływać przez chwilowe dipole.
Stałe siły dipolowe są znane jako interakcje dipol-dipol lub interakcje Keesoma i występują między cząsteczkami polarnymi. Cząsteczka ma zwykle stały dipol, gdy składa się z atomów o różnych wartościach elektroujemności. Elektroujemność to właściwość atomów lub cząsteczek, która opisuje ich zdolność przyciągania elektronów do siebie i tworzenia wiązań z innymi atomami lub cząsteczkami. Kiedy atomy o różnych wartościach elektroujemności łączą się i tworzą cząsteczki, mają one tendencję do posiadania stałych, różnych ładunków na różnych częściach swoich struktur. Kiedy cząsteczki ze stałymi dipolami znajdują się w pobliżu innych cząsteczek ze stałymi dipolami, istnieje wiele silnych atrakcyjnych i odpychających interakcji między polarnymi częściami cząsteczek.
Wiązania wodorowe są trzecim rodzajem interakcji międzycząsteczkowych wywołanych siłami dipolowymi i stanowią inną formę trwałych interakcji dipolowych. Mogą występować tylko między wodorem a innym atomem, stąd nazwa. Drugim atomem może być tlen, fluor lub azot. Wiązania wodorowe są zasadniczo silniejszą formą interakcji dipol-dipol.
Wiązania wodorowe są prawdopodobnie najważniejszym z różnych rodzajów sił dipolowych ze względu na ich wpływ na wodę. Cząsteczki wody są bardzo polarne ze względu na ich układy elektronowe i mają tendencję do wykazywania dużej ilości wiązań wodorowych. Atomy wodoru na jednej cząsteczce wody mogą oddziaływać z atomami tlenu na innych cząsteczkach wody. Ten stopień przyciągania nadaje wodzie wiele właściwości niezbędnych do jej istotnej roli w środowisku Ziemi, takich jak spójność i wysoka temperatura wrzenia. Pokonanie wiązań wodorowych wymaga znacznej ilości energii, co zapewnia dużą stabilność w środowisku zbudowanym głównie z wody.