Co to są siły międzycząsteczkowe?
W chemii siły międzycząsteczkowe opisują różne siły elektrostatyczne występujące między atomami i cząsteczkami. Siły te obejmują siły jon-dipol, wiązania wodorowe, siły dipol-dipol i siły dyspersji Londynu. Chociaż siły te są na ogół znacznie słabsze niż wiązania jonowe lub kowalencyjne, nadal mogą mieć duży wpływ na właściwości fizyczne cieczy, ciał stałych lub roztworów.
Wszystkie siły międzycząsteczkowe mają charakter elektrostatyczny. Oznacza to, że mechanika tych sił zależy od interakcji naładowanych gatunków, takich jak jony i elektrony. Czynniki związane z siłami elektrostatycznymi, takie jak elektroujemność, momenty dipolowe, ładunki jonowe i pary elektronów, mogą znacznie wpływać na typy sił międzycząsteczkowych między dowolnymi dwoma danymi gatunkami chemicznymi.
Siły jon-dipol są obecne między jonami a ładunkami częściowymi na końcach cząsteczek polarnych. Cząsteczki polarne są dipolami i mają dodatni i ujemny koniec. Dodatnio naładowane jony są przyciągane do ujemnego końca dipola, a ujemnie naładowane jony są przyciągane do dodatniego końca dipola. Siła tego rodzaju przyciągania międzycząsteczkowego wzrasta wraz ze wzrostem ładunku jonów i wzrostem momentów dipolowych. Ten szczególny rodzaj siły powszechnie występuje w substancjach jonowych rozpuszczonych w rozpuszczalnikach polarnych.
W przypadku obojętnych cząsteczek i atomów siły międzycząsteczkowe, które mogą występować, obejmują siły dipol-dipol, wiązania wodorowe i siły dyspersji Londynu. Siły te tworzą siły van der Waalsa, które zostały nazwane na cześć Johannesa van der Waalsa. Ogólnie rzecz biorąc, są one słabsze niż siły dipolowo-jonowe.
Siły dipol-dipol występują, gdy dodatni koniec cząsteczki polarnej zbliża się do ujemnego końca innej cząsteczki polarnej. Siła zależy od bliskości cząsteczek. Im dalej są cząsteczki, tym słabsze są siły dipol-dipol. Wielkość siły może również wzrastać wraz ze wzrostem polaryzacji.
Siły dyspersji Londynu mogą wystąpić zarówno między niepolarnymi, jak i polarnymi gatunkami chemicznymi. Nazwano je na cześć ich odkrywcy, Fritza London. Sama siła występuje z powodu tworzenia chwilowych dipoli; można to wytłumaczyć ruchem elektronów w gatunkach chemicznych.
Natychmiastowe dipole powstają, gdy elektrony wokół jednego gatunku chemicznego są przyciągane do jądra innego gatunku chemicznego. Generalnie siły rozproszenia w Londynie są większe dla większych cząsteczek, ponieważ większe cząsteczki mają więcej elektronów. Na przykład duże halogeny i gazy szlachetne mają z tego powodu wyższe temperatury wrzenia niż małe halogeny i gazy szlachetne.
Wiązania wodorowe występują między atomami wodoru w wiązaniu polarnym a nieudostępnionymi parami elektronów na małych elektroujemnych jonach lub atomach. Ten rodzaj siły międzycząsteczkowej często występuje między atomami wodoru a fluorem, tlenem lub azotem. Wiązania wodorowe można znaleźć w wodzie i odpowiadają za jej wysoką temperaturę wrzenia.
Siły międzycząsteczkowe mogą mieć głęboki wpływ na właściwości fizyczne gatunków chemicznych. Zazwyczaj wysokie temperatury wrzenia, temperatury topnienia i lepkość są związane z wysokimi siłami międzycząsteczkowymi. Chociaż są one znacznie słabsze niż wiązania kowalencyjne i jonowe, siły przyciągania międzycząsteczkowego są nadal ważne w opisie zachowania gatunków chemicznych.