Name: forces between molecules
Uploaded: 2020-11-23T11:47:33.000Z
Duration: 3 min 13 s
Channel: JoVE

Intermolekulare Kräfte, die zwischen Molekülen bestehen, entstehen durch elektrostatische Wechselwirkungen zwischen Ladungen, Teilladungen und temporären Ladungen.
Alle Moleküle erzeugen temporäre Ladungen. Aufgrund der unterschiedlichen Verteilung der Elektronen führt eine höhere Elektronendichte in einem Bereich der Elektronenwolke zu einem momentanen Dipol oder einem temporären Dipol.
Dies induziert anschließend einen weiteren momentanen Dipol im Nachbarmolekül. Der Dominoeffekt der Dipole führt zu schwachen intermolekularen Anziehungskräften, den sogenannten Dispersionskräften, die zwischen allen Molekülen bestehen, egal ob polar oder unpolar.
Einige kovalente Verbindungen, wie zum Beispiel Wasser, weisen elektronenreiche und elektronenarme Bereiche auf, die durch die Unterschiede in der Elektronegativität der Atome verursacht werden.
Die ungleichmäßige Verteilung der gemeinsamen Elektronen und die molekulare Form der Verbindung erzeugen dauerhafte Teilladungen, die zu einem dauerhaften Dipol in der ansonsten neutralen Verbindung führen – und sie polar machen.
Moleküle mit permanenten Dipolen – auch polare Verbindungen genannt – richten sich durch Dipol-Dipol-Kräfte aus, wobei das positive Ende eines Moleküls elektrostatisch mit dem negativen Ende des benachbarten Moleküls wechselwirkt.
Enthält eine polare Verbindung ein Wasserstoffatom, das kovalent an ein kleines, stark elektronegatives Atom wie Fluor, Sauerstoff oder Stickstoff gebunden ist, neigen die Atome dazu, größere Teilladungen aufzuweisen.
Folglich interagiert das Wasserstoffatom in F-H-, O-H- oder N-H-Bindungen stark mit dem elektronegativen Atom auf seinem Nachbarn durch eine spezielle Art von Dipol-Dipol-Kraft, die als Wasserstoffbrückenbindung bezeichnet wird.
Bemerkenswert ist, dass Wasserstoffbrückenbrücken stärker sind als Dipol-Dipol-Kräfte, und Verbindungen, die Wasserstoffbrückenbindungen bilden können, weisen höhere Schmelz- und Siedepunkte auf.
Die drei intermolekularen Kräfte – Dispersions-, Dipol-Dipol- und Wasserstoffbrückenbindungen – sind im Vergleich zu intramolekularen Kräften relativ schwach und unterschiedlich stark. Sie werden zusammen als Van-der-Waals-Kräfte klassifiziert.
Während Dispersionskräfte zwischen allen Molekülen, polar oder unpolar, vorhanden sind, existieren Dipol-Dipol-Kräfte und Wasserstoffbrückenbindungen nur um polare Moleküle.
Exklusiv für Lösungen ist die Ionen-Dipol-Kraft, die stärkste intermolekulare Kraft. Wenn eine ionische Verbindung wie Natriumchlorid in einem polaren Lösungsmittel wie Wasser gelöst wird, interagieren die dissoziierten Ionen über starke Ionen-Dipol-Kräfte mit den Dipolen des Lösungsmittels.
Hier assoziieren die Kationen mit den negativen Enden der Wassermoleküle, während die Anionen mit den positiven Enden interagieren.

intermolekulare kräfte

Intermolecular Forces

Atome und Moleküle interagieren durch Bindungen (oder Kräfte): intramolekular und intermolekular. Die Kräfte sind elektrostatisch, da sie aus Wechselwirkungen (anziehend oder abstoßend) zwischen geladenen Spezies (permanente, partielle oder temporäre Ladungen) entstehen und zwischen Ionen, polaren, unpolaren und neutralen Molekülen unterschiedlich stark sind. Die verschiedenen Arten intermolekularer Kräfte sind Ionen-Dipol-, Dipol-Dipol-, Wasserstoffbrückenbindungen und Dispersion; Unter diesen existieren Dipol-Dipol-Kräfte, Wasserstoffbrückenbindungen und Dispersionskräfte zwischen neutralen Atomen und Molekülen, die zusammenfassend als Van-der-Waals-Kräfte bezeichnet werden. Dipol-Dipol-Kräfte Polare Moleküle haben eine teilweise positive Ladung an einem Ende und eine teilweise negative Ladung am anderen Ende des Moleküls – eine Ladungstrennung, die als Dipol bezeichnet wird. In einem polaren Molekül wie HCl trägt das elektronegativere Cl-Atom die teilweise negative Ladung, während das weniger elektronegative H-Atom die teilweise positive Ladung trägt. Eine Anziehungskraft zwischen HCl-Molekülen entsteht durch die Anziehung zwischen dem positiven Ende eines HCl-Moleküls und dem negativen Ende eines anderen. Diese Anziehungskraft wird Dipol-Dipol-Anziehung genannt – die elektrostatische Kraft zwischen dem teilweise positiven Ende eines polaren Moleküls und dem teilweise negativen Ende eines anderen. Dispersionskräfte Eine der drei Van-der-Waals-Kräfte ist in allen kondensierten Phasen vorhanden, unabhängig von der Art der Atome oder Moleküle, aus denen die Substanz besteht. Diese Anziehungskraft wird Londoner Dispersionskraft genannt, zu Ehren des in Deutschland geborenen amerikanischen Physikers Fritz London, der sie 1928 erstmals erklärte. Diese Kraft wird oft einfach als Dispersionskraft bezeichnet. Da die Elektronen eines Atoms oder Moleküls in ständiger Bewegung sind (oder alternativ ihre Position einer quantenmechanischen Variabilität unterliegt), kann ein Atom oder Molekül zu jedem Zeitpunkt einen vorübergehenden, sofortigen Dipol entwickeln, wenn seine Elektronen verteilt sind asymmetrisch. Das Vorhandensein dieses Dipols kann wiederum die Elektronen eines benachbarten Atoms oder Moleküls verzerren und so einen induzierten Dipol erzeugen. Diese beiden schnell schwankenden, temporären Dipole führen somit zu einer relativ schwachen elektrostatischen Anziehung zwischen den Spezies – einer sogenannten Dispersionskraft. Dispersionskräfte, die zwischen Atomen in verschiedenen Molekülen entstehen, können die beiden Moleküle zueinander anziehen. Die Kräfte sind jedoch relativ schwach und werden erst dann signifikant, wenn die Moleküle sehr nahe beieinander sind. Größere und schwerere Atome und Moleküle weisen stärkere Dispersionskräfte auf als kleinere und leichtere Atome und Moleküle. F2 und Cl2 sind bei Raumtemperatur Gase (was schwächere Anziehungskräfte widerspiegelt); Br2 ist eine Flüssigkeit und I2 ist ein Feststoff (was stärkere Anziehungskräfte widerspiegelt). Wasserstoffbrückenbindung Nitrosylfluorid (ONF, Molekularmasse 49 amu) ist bei Raumtemperatur ein Gas, während Wasser (H2O, Molekularmasse 18 amu) eine Flüssigkeit ist, obwohl es eine geringere Molekularmasse hat. Beide Moleküle haben ungefähr die gleiche Form, wobei ONF das schwerere und größere Molekül ist. Es ist daher zu erwarten, dass größere Dispersionskräfte auftreten. Darüber hinaus kann dieser Unterschied in den Siedepunkten nicht auf Unterschiede in den Dipolmomenten der Moleküle zurückzuführen sein. Beide Moleküle sind polar und weisen vergleichbare Dipolmomente auf. Der große Unterschied zwischen den Siedepunkten ist auf eine besonders starke Dipol-Dipol-Anziehung zurückzuführen, die auftreten kann, wenn ein Molekül ein Wasserstoffatom enthält, das an ein Fluor-, Sauerstoff- oder Stickstoffatom (die drei elektronegativsten Elemente) gebunden ist. Der sehr große Unterschied in der Elektronegativität zwischen dem H-Atom (2.1) und dem Atom, an das es gebunden ist (4,0 für ein F-Atom, 3,5 für ein O-Atom oder 3,0 für ein N-Atom), kombiniert mit der sehr geringen Größe von a H-Atom und die relativ geringe Größe von F-, O- oder N-Atomen führt bei diesen Atomen zu hochkonzentrierten Partialladungen. Moleküle mit F-H-, O-H- oder N-H-Einheiten werden sehr stark von ähnlichen Einheiten in benachbarten Molekülen angezogen, eine besonders starke Art der Dipol-Dipol-Anziehung, die als Wasserstoffbrückenbindung bezeichnet wird. Beispiele für Wasserstoffbrückenbindungen sind HF⋯HF, H2O⋯HOH und H3N⋯HNH2, wobei die Wasserstoffbrückenbindungen durch Punkte gekennzeichnet sind. Ionen-Dipol-Kräfte Eine Ionen-Dipol-Kraft ist die elektrostatische Anziehung zwischen einem Ion und einem Dipol. Diese Kräfte kommen in Lösungen häufig vor und spielen eine wichtige Rolle bei der Auflösung ionischer Verbindungen in Wasser. Wenn eine ionische Verbindung wie KCl zu einem polaren Lösungsmittel wie Wasser gegeben wird, trennen sich die Ionen im Feststoff und verteilen sich gleichmäßig. Ionen-Dipol-Kräfte ziehen die positiven Enden (Wasserstoff) der polaren Wassermoleküle zu den negativen Chloridionen an der Oberfläche des Feststoffs und die negativen Enden (Sauerstoff) zu den positiven Kaliumionen. Die Wassermoleküle umgeben einzelne K+- und Cl−-Ionen, reduzieren die starken interionischen Kräfte, die die Ionen (in einem Feststoff) zusammenbinden, und lassen sie als solvatisierte Ionen in die Lösung übergehen. Die Überwindung der elektrostatischen Anziehung ermöglicht die unabhängige Bewegung jedes hydratisierten Ions in einer verdünnten Lösung, wenn die Ionen von festen Positionen in der ungelösten Verbindung zu weit verteilten, solvatisierten Ionen in der Lösung übergehen. Die Stärke der Ion-Dipol-Wechselwirkungen ist direkt proportional zu i) der Ladung des Ions und ii) der Größe des Dipols polarer Moleküle. Dieser Text wurde adaptiert von <a href="https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/10-introduction">Openstax, Chemistry 2e, Chapter 10: Liquids and Solids</a>.

Intermolekulare Kräfte

Atome und Moleküle interagieren durch Bindungen (oder Kräfte): intramolekular und intermolekular. Die Kräfte sind elektrostatisch, da sie durch Wechselwirkungen entstehen ...

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Lehre

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Molecular Biology

Molekularbiologie

Unit 1

Einheit 1

Biochemistry of the Cell

Biochemie der Zelle

KEY TERMS AND CONCEPTS

KERNBEGRIFFE UND KONZEPTE

forces between molecules

Forces between molecules help explain why matter behaves the way it does. These intermolecular attractions act between separate molecules, not within a single molecule. They are often much weaker than the bonds that hold atoms together inside a molecule, but they still affect many properties of liquids and solids.

Several common types of intermolecular forces are covered in this topic. These include dipole-dipole forces, hydrogen bonding, ion-dipole forces, and van der Waals forces. Van der Waals forces are also called dispersion forces or London dispersion forces.

These attractions help determine how molecules stick together and how they move past one another. In liquids, they influence flow and boiling behavior. In solids, they help shape the structure and stability of the material.

Forces Between Molecules

the periodic table and organismal elements

the-periodic-table-and-organismal-elements

Element Groups in Living Things

Living things are built from elements found on the periodic table. This page focuses on the elements that make up organisms and how they are grouped in biology. These organismal elements are usually divided into major, minor, and trace categories. Major elements make up most of the mass of living matter. Minor elements are needed in smaller amounts. Trace elements are present in very small amounts but still play important roles. The periodic table helps show where these elements fit and how...

functional groups

Functional Groups in Organic Molecules

Functional groups are the parts of organic molecules that give them specific chemical behavior. They help determine how a compound reacts and what properties it has. In organic chemistry, these groups are used to classify molecules in a clear way. Hydrocarbons are one common class of organic compounds. They contain only carbon and hydrogen. Alcohols, aldehydes, and ketones are other classes that are identified by their functional groups. These groups make each class behave differently from the...

polymers

Polymer Structures and Uses

Polymers are large molecules built from repeating smaller units called monomers. Their long-chain structure gives them many different properties and makes them useful in everyday materials. Polymers can form in two main ways. In addition polymerization, monomers join together without losing any atoms. In condensation polymerization, monomers link while a small molecule is released. These two pathways help explain how many common plastics and related materials are made. The structure of a...

what are lipids?

Lipids in Cells: Fats and Membranes

Lipids are a group of biomolecules found in living things. They are known for their role in energy storage and in building cell membranes. This makes them important in many parts of biology. Fats are one common type of lipid. Other lipids include phospholipids and steroids. Each group has a different structure and a different job in the body. Phospholipids are especially important because they help form cell membranes. Steroids also belong to the lipid group, and they have their own distinct...

structure of lipids

Types of Lipids and Their Structure

Lipids are a major group of biological molecules, and their structure helps explain their different forms. Many lipids are built from fatty acids, which are long hydrocarbon chains with a carboxyl group. The carbon chain is hydrophobic, meaning it does not mix well with water, while the carboxyl group is the acidic end. Triglycerides are one common lipid type. They consist of a glycerol molecule joined to three fatty acid chains. Saturated triglycerides have fatty acids with only single...

chemistry of carbohydrates

Carbohydrate Structures and Types

Carbohydrates are biomolecules built from carbon, hydrogen, and oxygen. Their chemistry helps explain how simple sugars join together and how larger carbohydrate molecules form. The smallest carbohydrates are monosaccharides, or single sugar units. These can link to make disaccharides, which contain two sugar units, and polysaccharides, which are long chains of many sugar units. Carbohydrates play an important role in biology because they are part of the structures and processes found in...

nucleic acids

Nucleic Acids and Genetic Information

Nucleic acids carry genetic information in cells. They include DNA and RNA, which are made from nucleotide building blocks. These molecules store, copy, and help use the instructions needed for life. DNA is the main long-term storage molecule for genetic information. RNA helps carry and use that information in cells. Together, these nucleic acids connect the code in a cell to the proteins it can make.

intermolecular forces

Forces between molecules help explain why matter behaves the way it does. These intermolecular attractions act between separate molecules, not within a single molecule. They are often much weaker than the bonds that hold atoms together inside a molecule, but they still affect many properties of liquids and solids. Several common types of intermolecular forces are covered in this topic. These include dipole-dipole forces, hydrogen bonding, ion-dipole forces, and van der Waals forces. Van der...

noncovalent attractions in biomolecules

How Biomolecules Hold Their Shape

Biomolecules hold their shape through noncovalent attractions. These interactions occur within and between molecules and help control the structure and stability of complexes. They are different from covalent bonds because they do not involve sharing electrons. Four main noncovalent interactions are important in biology: hydrogen bonds, van der Waals forces, ionic bonds, and hydrophobic interactions. Hydrogen bonds form when a hydrogen atom is covalently bonded to a strongly electronegative...

pH Scale and Acid-Base Balance

pH measures how acidic or basic an aqueous solution is. It is a key way to describe the balance between acids and bases in water-based solutions. The pH scale shows this balance with low values for acidic solutions and high values for basic solutions. Neutral solutions fall in the middle of the scale. Understanding pH helps explain how different substances behave in water. It also helps compare solutions that are more acidic, more basic, or neutral.

hydrolysis of atp

ATP Hydrolysis and Energy Release

ATP hydrolysis is a key chemical reaction in cells that releases energy. ATP, or adenosine triphosphate, is the molecule cells use to store and transfer energy for many processes. During hydrolysis, water breaks the bond in ATP’s terminal phosphate group. This reaction converts ATP into ADP, or adenosine diphosphate, and inorganic phosphate. The released energy can then be used to drive cellular work. High school biology students often see ATP hydrolysis as part of energy transfer in living...

key terms and concepts

Explore the main intermolecular attractions, including dipole-dipole forces, hydrogen bonding, ion-dipole forces, and van der Waals forces, for high school chemistry.

Forces Between Molecules | JoVE K12

molecular biology

JoVE Core Molecular Biology veranschaulicht die molekularen Prozesse der Zelle in prägnanten animierten Video-Lektionen. In Videos von Wissenschaftlern in Aktion wird die Anwendung dieser Konzepte zusätzlich durch reale Experimente in modernen Laboren demonstriert.

Forces Between Molecules

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