Van der Waals kontra wiązania wodorowe
Siły Van der Waalsa i wiązania wodorowe to przyciąganie międzycząsteczkowe między cząsteczkami. Niektóre siły międzycząsteczkowe są silniejsze, a inne słabe. Wiązania te determinują zachowanie cząsteczek.
Siły Van der Waalsa
W przypadku przyciągania międzycząsteczkowego powinna istnieć separacja ładunków. Istnieje kilka symetrycznych cząsteczek, takich jak H2, Cl2, gdzie nie ma rozdziału ładunków. Jednak elektrony w tych cząsteczkach nieustannie się poruszają. Dlatego może nastąpić natychmiastowe oddzielenie ładunku w cząsteczce, jeśli elektron przesunie się w kierunku jednego końca cząsteczki. Koniec z elektronem będzie miał chwilowo ładunek ujemny, podczas gdy drugi koniec będzie miał ładunek dodatni. Te tymczasowe dipole mogą indukować dipol w sąsiedniej cząsteczce, a następnie może wystąpić interakcja między przeciwnymi biegunami. Ten rodzaj oddziaływania jest znany jako oddziaływanie dipolowe indukowane dipolem. Ponadto mogą występować interakcje między trwałym dipolem a indukowanym dipolem lub między dwoma trwałymi dipolami. Wszystkie te interakcje międzycząsteczkowe są znane jako siły Van der Waalsa.
Wiązania wodorowe
Gdy wodór jest przyłączony do elektroujemnego atomu, takiego jak fluor, tlen lub azot, powstaje wiązanie polarne. Ze względu na elektroujemność elektrony w wiązaniu będą bardziej przyciągane do atomu elektroujemnego niż do atomu wodoru. Dlatego atom wodoru otrzyma częściowo ładunek dodatni, podczas gdy atom bardziej elektroujemny otrzyma częściowo ładunek ujemny. Kiedy dwie cząsteczki mające ten rozdział ładunku są blisko siebie, między wodorem a ujemnie naładowanym atomem wystąpi siła przyciągania. To przyciąganie jest znane jako wiązanie wodorowe. Wiązania wodorowe są stosunkowo silniejsze niż inne interakcje dipolowe i determinują zachowanie molekularne. Na przykład cząsteczki wody mają międzycząsteczkowe wiązania wodorowe. Jedna cząsteczka wody może tworzyć cztery wiązania wodorowe z inną cząsteczką wody. Ponieważ tlen ma dwie samotne pary, może tworzyć dwa wiązania wodorowe z dodatnio naładowanym wodorem. Wtedy dwie cząsteczki wody mogą być znane jako dimer. Każda cząsteczka wody może wiązać się z czterema innymi cząsteczkami ze względu na zdolność wiązania wodorowego. Powoduje to wyższą temperaturę wrzenia wody, mimo że cząsteczka wody ma niską masę cząsteczkową. Dlatego energia potrzebna do zerwania wiązań wodorowych, gdy przechodzą one do fazy gazowej, jest wysoka. Ponadto wiązania wodorowe określają strukturę krystaliczną lodu. Unikalny układ kratek lodowych pomaga mu unosić się na wodzie, dzięki czemu chroni organizmy wodne w okresie zimowym. Poza tym wiązania wodorowe odgrywają istotną rolę w układach biologicznych. Trójwymiarowa struktura białek i DNA opiera się wyłącznie na wiązaniach wodorowych. Wiązania wodorowe mogą zostać zniszczone przez ogrzewanie i siły mechaniczne.
Jaka jest różnica między siłami Van der Waalsa a wiązaniami wodorowymi?
• Wiązania wodorowe występują między wodorem, który jest połączony z elektroujemnym atomem i elektroujemnym atomem innej cząsteczki. Tym elektroujemnym atomem może być fluor, tlen lub azot.
• Siły Van der Waalsa mogą wystąpić między dwoma stałymi dipolami, dipolem indukowanym dipolem lub dwoma dipolami indukowanymi.
• Aby siły Van der Waalsa zaistniały, cząsteczka niekoniecznie musi mieć dipol, ale wiązanie wodorowe zachodzi między dwoma stałymi dipolami.
• Wiązania wodorowe są znacznie silniejsze niż siły Van der Waalsa.
