Ван-дер-Ваальс против водородных связей
Силы Ван-дер-Ваальса и водородные связи представляют собой межмолекулярное притяжение между молекулами. Некоторые межмолекулярные силы сильнее, а некоторые слабее. Эти связи определяют поведение молекул.
Силы Ван-дер-Ваальса
Для межмолекулярного притяжения должно быть разделение зарядов. Есть некоторые симметричные молекулы, такие как H2, Cl2, в которых нет разделения зарядов. Однако в этих молекулах постоянно движутся электроны. Следовательно, внутри молекулы может произойти мгновенное разделение зарядов, если электрон движется к одному концу молекулы. Конец с электроном временно будет иметь отрицательный заряд, тогда как другой конец будет иметь положительный заряд. Эти временные диполи могут индуцировать диполь в соседней молекуле, и после этого может происходить взаимодействие между противоположными полюсами. Этот вид взаимодействия известен как индуцированное диполь-индуцированное дипольное взаимодействие. Кроме того, могут быть взаимодействия между постоянным диполем и индуцированным диполем или между двумя постоянными диполями. Все эти межмолекулярные взаимодействия известны как силы Ван-дер-Ваальса.
Водородные облигации
Когда водород присоединяется к электроотрицательному атому, такому как фтор, кислород или азот, возникает полярная связь. Из-за электроотрицательности электроны в связи будут больше притягиваться к электроотрицательному атому, чем к атому водорода. Следовательно, атом водорода частично получит положительный заряд, тогда как более электроотрицательный атом частично получит отрицательный заряд. Когда две молекулы с таким разделением зарядов находятся рядом, между водородом и отрицательно заряженным атомом возникает сила притяжения. Это притяжение известно как водородная связь. Водородные связи относительно прочнее, чем другие дипольные взаимодействия, и они определяют молекулярное поведение. Например, молекулы воды имеют межмолекулярные водородные связи. Одна молекула воды может образовать четыре водородные связи с другой молекулой воды. Поскольку кислород имеет две неподеленные пары, он может образовывать две водородные связи с положительно заряженным водородом. Тогда две молекулы воды можно назвать димером. Каждая молекула воды может связываться с четырьмя другими молекулами благодаря способности связываться водородом. Это приводит к более высокой температуре кипения воды, даже если молекула воды имеет низкую молекулярную массу. Следовательно, энергия, необходимая для разрыва водородных связей при их переходе в газовую фазу, велика. Далее водородные связи определяют кристаллическую структуру льда. Уникальное устройство ледяной решетки помогает ему плавать на воде, тем самым защищая водную флору и фауну в зимний период. Помимо этого, водородные связи играют жизненно важную роль в биологических системах. Трехмерная структура белков и ДНК основана исключительно на водородных связях. Водородные связи могут быть разрушены нагреванием и механическими воздействиями.
В чем разница между силами Ван-дер-Ваальса и водородными связями?
• Водородные связи возникают между водородом, который соединен с электроотрицательным атомом, и электроотрицательным атомом другой молекулы. Этот электроотрицательный атом может быть атомом фтора, кислорода или азота.
• Силы Ван-дер-Ваальса могут возникать между двумя постоянными диполями, диполем, индуцированным диполем, или двумя индуцированными диполями.
• Чтобы имели место силы Ван-дер-Ваальса, молекула не обязательно должна иметь диполь, но между двумя постоянными диполями возникает водородная связь.
• Водородные связи намного прочнее сил Ван-дер-Ваальса.
