Intermolekulare Kräfte und physikalische Eigenschaften

Elektrostatische Wechselwirkungen, die zwischen Molekülen bestehen, werden als intermolekulare Kräfte bezeichnet. Diese Anziehungskräfte beeinflussen verschiedene physikalische Eigenschaften wie Schmelzpunkt, Siedepunkt und Löslichkeit.

Zu den drei Haupttypen intermolekularer Kräfte gehören starke Ionen-Dipol-Wechselwirkungen zwischen Ionen und polaren Molekülen, Dipol-Dipol-Wechselwirkungen zwischen polaren Molekülen und schließlich die schwächste von allen – Dispersionskräfte – die in allen Molekülen vorhanden sind, polare und unpolare.

Ionen-Dipol-Wechselwirkungen sind bei Lösungen üblich. Wenn eine ionische Verbindung wie Natriumchlorid in einem polaren Lösungsmittel wie Wasser gelöst wird, richten sich die Ionen an den entgegengesetzten geladenen Enden der Wassermoleküle aus, was eine maximale elektrostatische Anziehungskraft ermöglicht.

Alternativ werden Dipol-Dipol-Wechselwirkungen von polaren Molekülen mit permanenten Dipolen gezeigt, bei denen das positive Ende eines Moleküls elektrostatisch mit dem negativen Ende des benachbarten Moleküls wechselwirkt.

Wenn ein Wasserstoffatom, das entweder an Sauerstoff, Stickstoff oder Fluor gebunden ist, von dem elektronegativen Atom eines benachbarten Moleküls angezogen wird, entsteht eine Wasserstoffbrückenbindung – eine spezielle Art der Dipol-Dipol-Wechselwirkung. Insbesondere Verbindungen, die Wasserstoffbrückenbindungen aufnehmen können, weisen hohe Schmelz- und Siedepunkte auf.

Dispersionskräfte sind das Ergebnis temporärer Dipole und neigen dazu, mit der molaren Masse zuzunehmen. Atome mit höheren Massen haben mehr Elektronen und größere Elektronenwolken, was zu erhöhten Dispersionskräften führt. Infolgedessen wird mehr Energie benötigt, um die Anziehungskräfte zwischen benachbarten Atomen zu überwinden, was zu höheren Siede- und Schmelzpunkten führt.

Dies erklärt, warum die Siedepunkte von Alkanen mit ihrer molaren Masse steigen.

Die Molmasse ist jedoch nicht das einzige Kriterium. Bei gleichen Massen hat n-Pentan aufgrund der größeren Oberfläche, die für die Dispergierkräfte zur Verfügung steht, einen höheren Siedepunkt als Neopentan.

Intermolekulare Kräfte sind auch entscheidend für die Bestimmung der Löslichkeit. Flüssigkeiten ähnlicher Art und Größenordnung intermolekularer Kräfte, wie Wasser und Ethanol, sind in allen Anteilen vollständig löslich oder mischbar.

Im Gegensatz dazu sind Flüssigkeiten wie Hexan und Wasser mit unterschiedlichen Arten und Größen intermolekularer Kräfte in den meisten Anteilen unlöslich oder nicht mischbar.

Insgesamt sind die intermolekularen Kräfte relativ schwach, da kleine oder partielle Ladungen über große Entfernungen wechselwirken.