2.13: אינטראקציות ואן דר ואלס

אטומים ומולקולות מתקשרים זה עם זה באמצעות כוחות בין-מולקולריים. כוחות אלקטרוסטטיים אלו נובעים מאינטראקציות מושכות או דוחות בין חלקיקים בעלי מטענים קבועים, חלקיים או זמניים. הכוחות הבין-מולקולריים בין אטומים ומולקולות ניטרליים הם כוחות יון-דיפול, דיפול-דיפול וכוחות פיזור, הידועים ביחד ככוחות ואן דר ואלס.

למולקולות קוטביות יש מטען חיובי חלקי בקצה האחד ומטען שלילי חלקי בקצה השני של המולקולה, מה שיוצר דיפול. במולקולה קוטבית כמו מים, אטום החמצן האלקטרו-שלילי יותר נושא את המטען השלילי החלקי, ואטום המימן האלקטרוני-שלילי פחות נושא את המטען החיובי החלקי. מולקולות המים נמשכות זו לזו בגלל הקצה החיובי של מולקולת מים אחת והקצה השלילי של אחרת. כוח משיכה זה נקרא משיכה דיפול-דיפול.

כוח יון-דיפול הוא המשיכה האלקטרוסטטית בין יון לדיפול. כוחות אלו נפוצים בתמיסות וממלאים תפקיד חשוב בהמסה של תרכובות יוניות במים. כאשר מוסיפים תרכובת יונית כמו KCl לממס קוטבי כמו מים, היונים במוצק נפרדים ומתפזרים באופן אחיד. כוחות יון-דיפול מושכים את הקצה החיובי של מולקולות המים הקוטביות ליוני הכלוריד השליליים על פני המוצק, והם מושכים את הקצוות השליליים ליוני האשלגן החיוביים. מולקולות המים מקיפות K⁺ ו Cl^- בודדים, מפחיתות את הכוחות האינטר-יוניים החזקים הקושרים אותם יחד במוצק וממיסות אותם. החוזק של אינטראקציות יון-דיפול עומד ביחס ישר ל-i) המטען על היון ו-ii) לגודל הדיפול של מולקולות קוטביות.

כוחות פיזור קיימים בכל שלבי העיבוי, ללא קשר לאופי האטומים או המולקולות המרכיבות את החומר. כוחות משיכה אלו נקראים גם כוחות פיזור לונדון לכבודו של הפיזיקאי האמריקני יליד גרמניה פריץ לונדון שהסביר אותם לראשונה בשנת 1928. האלקטרונים של אטום או מולקולה נמצאים בתנועה מתמדת בכל רגע בזמן, ואטום או מולקולה יכולים להתפתח. דיפול זמני, מיידי, אם האלקטרונים שלו מופצים בצורה א-סימטרית. הנוכחות של דיפול זה יכולה, בתורה, לעוות את האלקטרונים של אטום או מולקולה שכנים, וליצור דיפול אינדוקטיבי. דיפולים זמניים, המתנודדים במהירות, מביאים למשיכה אלקטרוסטטית חלשה יחסית בין המינים - מה שנקרא כוח פיזור. כוחות הפיזור חלשים יחסית והופכים למשמעותיים רק כאשר המולקולות מתקרבות מאוד. אטומים ומולקולות גדולים וכבדים יותר מפגינים כוחות פיזור חזקים יותר מאשר קטנים וקלים יותר.