Intermolekulare vs. intramolekulare Kräfte

Chemische Substanzen entstehen, wenn Atome oder Ionen elektrostatisch wechselwirken.

Zum Beispiel verbinden sich ein Sauerstoffatom und zwei Wasserstoffatome kovalent zu einem Wassermolekül. Solche Bindungskräfte, die die Atome innerhalb eines Moleküls zusammenhalten, werden als intramolekulare Kräfte bezeichnet.

Intramolekulare Kräfte bestimmen chemische Eigenschaften wie Stabilität und Art der chemischen Bindungen. Die drei Grundtypen sind ionische, kovalente und metallische Bindungen.

Durch die Übertragung von Valenzelektronen von einem Metall auf ein Nichtmetallatom entsteht eine Ionenbindung, die eine elektrostatische Anziehung zwischen den entgegengesetzt geladenen Ionen zur Folge hat.

Eine kovalente Bindung entsteht, wenn sich Nichtmetallatome ihre Valenzelektronen teilen.

Schließlich ergibt sich die metallische Bindung aus der Wechselwirkung zwischen dem Array positiver Metallionen und einem gemeinsamen Pool delokalisierter Valenzelektronen.

Elektrostatische Wechselwirkungen gibt es jedoch nicht nur innerhalb eines Moleküls, sondern auch zwischen Molekülen.

In Wasser zum Beispiel – ob fest, flüssig oder gasförmig – interagieren die Moleküle über elektrostatische, nicht bindende Wechselwirkungen, die den Zustand der Materie bestimmen. Diese Wechselwirkungen werden als intermolekulare Kräfte bezeichnet und beeinflussen verschiedene physikalische Eigenschaften, wie z.B. Schmelz- und Siedepunkte.

Intermolekulare Kräfte können in verschiedene Typen eingeteilt werden. Zwischen Ionen und polaren Molekülen treten starke Ionen-Dipol-Kräfte auf; Dipol-Dipol-Kräfte existieren zwischen polaren Molekülen, wobei Wasserstoffbrückenbindungen eine besondere Art der Dipol-Dipol-Kraft sind; Und schließlich gibt es die schwächste von allen – Dispersionskräfte – in allen Molekülen, polaren und unpolaren, und sind das Ergebnis temporärer Dipole.

Intermolekulare Kräfte sind schwach, weil kleine oder partielle Ladungen über große Entfernungen wechselwirken, im Vergleich zu intramolekularen Kräften, die aufgrund großer elektrostatischer Wechselwirkungen über kurze Entfernungen stark sind.

In flüssigem Wasser beispielsweise sind die Moleküle durch einen durchschnittlichen Abstand von etwa 300 Pikometern getrennt, charakteristisch für die vergleichsweise schwächeren intermolekularen Kräfte.

Folglich muss Wasser nur auf 100 °C erhitzt werden, um diese intermolekularen Kräfte zu überwinden und Wassermoleküle in der flüssigen Phase in die Dampfphase zu überführen.

Im Gegensatz dazu beträgt die Länge der O-H-Bindung in Wasser 96 Pikometer, charakteristisch für die stärkeren intramolekularen Bindungen. Wasser muss auf etwa 1000 °C erhitzt werden, viel mehr als sein Siedepunkt, um diese intramolekulare Bindung zu brechen.