2.8
القوى بين الجزيئات
تتفاعل الذرات والجزيئات من خلال الروابط (أو القوى): داخل الجزيء وبين الجزيئات. تكون القوى كهروستاتيكية لأنها تنشأ من التفاعلات (جاذبة أو تنافرية) بين…
القوي البين جزيئية،التي توجد بين الجزيئات،مصدرها التفاعلات الكهروستاتيكية،بين الشحنات،الشحنات الجزئية،والشحنات المؤقتة. جميع الجزيئات تنتج شحنات مؤقتة. نتيجة التفاوت في توزيع الإلكترونات،ارتفاع كثافة الاكترون في أحد مناطق سحابة الإلكترونات،تتنتج ثنائي قطب لحظي،أو ثنائي قطب مؤقت.
وهذا يحفّز فيما بعد ثنائي قطب آخر لحظي في الجزيء المجاور. تأثير الدومينو لثنائيات القطب،ينجم عنه قوى تجاذب ضعيفة بين الجزيئات،تسمى قوى التشتت،وهي موجودة بين كافة الجزيئات،سواء كانت قطبية أم غير قطبية. بعض المركبات التساهمية،كالماء على سبيل المثال،تُظهر مناطق كثيرة الإلكترونات وأخرى قليلة الإلكترونات نتيجة فروقات السالبيةالكهربية للذرات.
التوزيع الغير متساوي للإلكترونات المشتركة،والشكل الجزيئي للمركب يُنتج شحنات جزئية دائمة،والتي بدورها تُنتج ثنائي قطب دائم في المركب المحايد فتجعله قطبيًا. الجزيئات ذات الثنائية القطبية الدائمة و تسمى أيضًا مركبات قطبية ترتب نفسها ما بين قوى ثنائي القطب-ثنائي القطب،حيث الطرف الموجب للجزيء يتفاعل إلكتروستاتيكياًمع الطرف السالب للجزيء المجاور. إذا احتوى مركب قطبي على ذرة هيدروجين مترابطة تساهميًا مع ذرة صغيرة ذات سالبية كهربية عالية،كذرة الفلور أو الأكسجين،أو النيتروجين،تميل الذرات إلى إظهار شحنات جزئية أكبر.
بالتالي،فإن ذرة الهيدروجين،في F-H،أو O-H،أو N-H تتفاعل بقوة مع الذرة الكهروسالبية للذرة المجاورة،عبر نوع خاص من قوى ثنائي القطب-ثنائي القطب،وتعرف بالرابطة الهيدروجينية. ومن الملاحظ،أن الروابط الهيدروجينية أقوى من قوى ثنائي القطب-ثنائي القطب،وأن المركبات القادرة على تشكيل روابط هيدروجينية،تكون فيها نقاط الذوبان ونقاط الغليان أعلى. القوى الثلاث البين جزيئية التشتت،والقوى ثنائي القطب-ثنائي القطب،والروابط الهيدروجينية تعتبر بالمقارنة مع القوى البين جزئية تعتبر قوى ضعيفة نسبيًا،و تتفاوت في مدى شدتها.
وتصنّف جميعًا كقوى فان دير فالس. بينما تتواجد قوى التشتت بين كافة الجزيئات،الروابط بين جزيئين قطبيين سواء كانت قطبية أم غير قطبية،والروابط الهيدروجينية توجد في الجزيئات القطبية فقط. أما قوة الترابط،بين أيون وبين جزيء قطبي،فتنحصر في المحاليل،وهي االقوة البين جزئية الأشد.
عندما يُحل مركب أيوني مثل كلوريد الصوديوم،في مذيب قطبي كالماء،فإن الأيونات المتفككة تتفاعل مع ثنائيات القطب الموجودة في المذيب بواسطة قوى ترابط أيون وجزيء قطبي. وهنا تتصل الأيونات الموجبة مع الأطراف السالبة لجزيئات الماء،بينما تتفاعل الأيونات السالبة مع الأطراف الموجبة.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What are the main types of intermolecular forces?
Intermolecular forces include hydrogen bonds, van der Waals forces, dipole-dipole interactions, and London dispersion forces. These noncovalent attractions in biomolecules govern how molecules interact and organize in biological systems. Understanding these forces is essential for comprehending protein folding, molecular recognition, and cellular function.
Q2: How do hydrogen bonds differ from other intermolecular forces?
Hydrogen bonds form between a hydrogen atom bonded to an electronegative atom and another electronegative atom. They are stronger than van der Waals forces and dipole-dipole interactions but weaker than covalent bonds. Hydrogen bonding is crucial for DNA base pairing and protein secondary structure stabilization.
Q3: What causes London dispersion forces to occur between molecules?
London dispersion forces arise from temporary dipoles created by electron movement within nonpolar molecules. These weak attractions occur when electron clouds shift, creating momentary positive and negative regions. Though individually weak, London dispersion forces collectively influence molecular behavior and are significant in hydrophobic interactions within proteins.
Q4: Why are dipole-dipole interactions important in biological molecules?
Dipole-dipole interactions occur between polar molecules with permanent dipoles, such as those containing carbonyl or hydroxyl groups. These attractions are stronger than London dispersion forces and help stabilize molecular structures and interactions. They play a key role in solubility, molecular recognition, and the organization of cellular components.
Q5: How do van der Waals forces affect protein structure and function?
Van der Waals forces, encompassing dipole-dipole interactions and London dispersion forces, contribute to protein stability through cumulative weak attractions. These forces help maintain tertiary structure and facilitate molecular packing in protein cores. Though individually weak, their collective effect is essential for proper protein folding and biological activity.
Q6: What is the relationship between intermolecular forces and molecular solubility?
Intermolecular forces determine whether molecules dissolve in solvents based on compatibility of attractions. Polar solvents dissolve polar solutes through hydrogen bonding and dipole-dipole interactions, while nonpolar solvents dissolve nonpolar solutes through London dispersion forces. This principle underlies cellular transport and the behavior of biomolecules in aqueous environments.