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

Intermoleculaire krachten, die tussen moleculen bestaan, zijn afkomstig van elektrostatische interacties tussen ladingen, gedeeltelijke ladingen en tijdelijke ladingen. Alle moleculen produceren tijdelijke ladingen. Vanwege de variërende verdeling van elektronen, resulteert een hogere elektronendichtheid in een gebied van de elektronenwolk in een instantane dipool of een tijdelijke dipool.Dit induceert vervolgens een andere instantane dipool in het naburige molecuul. Het domino-effect van dipolen veroorzaakt zwakke intermoleculaire aantrekkingskrachten, dispersiekrachten genaamd, die tussen alle moleculen bestaan, of ze nu polair of niet-polair zijn. Sommige covalente verbindingen, zoals water, vertonen bijvoorbeeld elektronenrijke en elektronenarme gebieden die worden veroorzaakt door de verschillen in elektronegativiteit van de atomen.De ongelijke verdeling van gedeelde elektronen en de moleculaire vorm van de verbinding creëren permanente partiële ladingen, wat resulteert in een permanente dipool in de verder neutrale verbinding, waardoor deze polair wordt. Moleculen met permanente dipolen ook wel polaire verbindingen genoemd richten zich op elkaar via dipool-dipoolkrachten, waarbij het positieve uiteinde van één molecuul elektrostatisch in wisselwerking staat met het negatieve uiteinde van het naburige molecuul. Als een polaire verbinding een waterstofatoom bevat dat covalent is gebonden aan een klein, sterk elektronegatief atoom zoals fluor, zuurstof of stikstof, hebben de atomen de neiging grotere partiële ladingen te vertonen.Bijgevolg werkt het waterstofatoom in F-H-O-H-of N-H-bindingen sterk samen met het elektronegatieve atoom op zijn buur door een speciaal type dipool-dipoolkracht, een waterstofbrug genaamd. Met name waterstofbruggen zijn sterker dan dipool-dipoolkrachten, en verbindingen die waterstofbruggen kunnen vormen, vertonen hogere smelt-en kookpunten. De drie intermoleculaire krachten dispersie, dipool dipool en waterstofbruggen zijn, in vergelijking met intramoleculaire krachten, relatief zwak, met verschillende sterktes.Ze worden gezamenlijk geclassificeerd als Vanderwaalskrachten. Hoewel er verspreidingskrachten aanwezig zijn tussen alle moleculen, polair of niet-polair, bestaan dipool-dipoolkrachten en waterstofbruggen alleen rond polaire moleculen. Exclusief voor oplossingen is de ion-dipoolkracht, de sterkste intermoleculaire kracht.Wanneer een ionische verbinding zoals natriumchloride wordt opgelost in een polair oplosmiddel zoals water, interageren de gedissocieerde ionen met de dipolen van het oplosmiddel via sterke ion-dipoolkrachten. Hier associëren de kationen zich met de negatieve uiteinden van de watermoleculen, terwijl de anionen een interactie aangaan met de positieve uiteinden.

intermolecular forces

Intermolecular Forces

Atomen en moleculen interageren via bindingen (of krachten): intramoleculair en intermoleculair. De krachten zijn elektrostatisch omdat ze voortkomen uit interacties (aantrekkelijk of afstotend) tussen geladen soorten (permanente, gedeeltelijke of tijdelijke ladingen) en bestaan met verschillende sterkten tussen ionen, polaire, niet-polaire en neutrale moleculen. De verschillende soorten intermoleculaire krachten zijn ion-dipool, dipool-dipool, waterstofbruggen en dispersie; Hiervan bestaan dipool-dipool-, waterstofbruggen en dispersiekrachten tussen neutrale atomen en moleculen en deze staan gezamenlijk bekend als van der Waals-krachten. Dipool-dipoolkrachten Polaire moleculen hebben een gedeeltelijk positieve lading aan het ene uiteinde en een gedeeltelijk negatieve lading aan het andere uiteinde van het molecuul - een scheiding van lading die een dipool wordt genoemd. In een polair molecuul als HCl draagt het meer elektronegatieve Cl-atoom de gedeeltelijk negatieve lading, terwijl het minder elektronegatieve H-atoom de gedeeltelijk positieve lading draagt. Een aantrekkingskracht tussen HCl-moleculen is het gevolg van de aantrekkingskracht tussen het positieve uiteinde van het ene HCl-molecuul en het negatieve uiteinde van een ander. Deze aantrekkingskracht wordt een dipool-dipoolaantrekking genoemd: de elektrostatische kracht tussen het gedeeltelijk positieve uiteinde van het ene polaire molecuul en het gedeeltelijk negatieve uiteinde van een ander. Verspreidingskrachten Eén van de drie van der Waals-krachten is aanwezig in alle gecondenseerde fasen, ongeacht de aard van de atomen of moleculen waaruit de substantie bestaat. Deze aantrekkingskracht wordt de Londense dispersiekracht genoemd, ter ere van de in Duitsland geboren Amerikaanse natuurkundige Fritz London, die deze in 1928 voor het eerst uitlegde. Deze kracht wordt vaak eenvoudigweg de spreidingskracht genoemd. Omdat de elektronen van een atoom of molecuul voortdurend in beweging zijn (of, als alternatief, hun locatie onderhevig is aan kwantummechanische variabiliteit), kan een atoom of molecuul op elk moment in de tijd een tijdelijke, onmiddellijke dipool ontwikkelen als de elektronen verdeeld zijn. asymmetrisch. De aanwezigheid van deze dipool kan op zijn beurt de elektronen van een naburig atoom of molecuul vervormen, waardoor een geïnduceerde dipool ontstaat. Deze twee snel fluctuerende, tijdelijke dipolen resulteren dus in een relatief zwakke elektrostatische aantrekkingskracht tussen de soorten – een zogenaamde dispersiekracht. Dispersiekrachten die zich ontwikkelen tussen atomen in verschillende moleculen kunnen de twee moleculen naar elkaar toe trekken. De krachten zijn echter relatief zwak en worden pas significant als de moleculen heel dichtbij zijn. Grotere en zwaardere atomen en moleculen vertonen sterkere dispersiekrachten dan kleinere en lichtere atomen en moleculen. F2 en Cl2 zijn gassen bij kamertemperatuur (die zwakkere aantrekkingskrachten weerspiegelen); Br2 is een vloeistof en I2 is een vaste stof (die sterkere aantrekkingskrachten weerspiegelt). Waterstofbinding Nitrosylfluoride (ONF, molecuulmassa 49 amu) is een gas bij kamertemperatuur, terwijl water (H2O, molecuulmassa 18 amu) een vloeistof is, ook al heeft het een lagere molecuulmassa. Beide moleculen hebben ongeveer dezelfde vorm en ONF is het zwaardere en grotere molecuul. Er wordt daarom verwacht dat er grotere verspreidingskrachten zullen optreden. Bovendien kan dit verschil in kookpunten niet het gevolg zijn van verschillen in de dipoolmomenten van de moleculen. Beide moleculen zijn polair en vertonen vergelijkbare dipoolmomenten. Het grote verschil tussen de kookpunten is te wijten aan een bijzonder sterke dipool-dipoolaantrekking die kan optreden wanneer een molecuul een waterstofatoom bevat dat gebonden is aan een fluor-, zuurstof- of stikstofatoom (de drie meest elektronegatieve elementen). Het zeer grote verschil in elektronegativiteit tussen het H-atoom (2.1) en het atoom waaraan het is gebonden (4,0 voor een F-atoom, 3,5 voor een O-atoom of 3,0 voor een N-atoom), gecombineerd met de zeer kleine omvang van een Het H-atoom en de relatief kleine afmetingen van F-, O- of N-atomen leiden tot sterk geconcentreerde gedeeltelijke ladingen met deze atomen. Moleculen met F-H-, O-H- of NH-groepen worden zeer sterk aangetrokken door vergelijkbare groepen in nabijgelegen moleculen, een bijzonder sterke vorm van dipool-dipoolaantrekking die waterstofbinding wordt genoemd. Voorbeelden van waterstofbruggen zijn HF⋯HF, H2O⋯HOH en H3N⋯HNH2, waarbij de waterstofbruggen worden aangegeven met stippen. Ion-dipoolkrachten Een ion-dipoolkracht is de elektrostatische aantrekkingskracht tussen een ion en een dipool. Deze krachten komen veel voor in oplossingen en spelen een belangrijke rol bij het oplossen van ionische verbindingen in water. Wanneer een ionische verbinding zoals KCl wordt toegevoegd aan een polair oplosmiddel zoals water, scheiden de ionen in de vaste stof zich af en dispergeren ze gelijkmatig. Ion-dipoolkrachten trekken het positieve (waterstof) uiteinde van de polaire watermoleculen naar de negatieve chloride-ionen aan het oppervlak van de vaste stof, en ze trekken de negatieve (zuurstof) uiteinden naar de positieve kaliumionen. De watermoleculen omringen individuele K+- en Cl−-ionen, waardoor de sterke interionische krachten die de ionen aan elkaar binden (in een vaste stof) worden verminderd en ze als opgeloste ionen in oplossing kunnen gaan. Het overwinnen van de elektrostatische aantrekking maakt de onafhankelijke beweging van elk gehydrateerd ion in een verdunde oplossing mogelijk, terwijl de ionen overgaan van vaste posities in de onopgeloste verbinding naar wijd verspreide, gesolvateerde ionen in oplossing. De sterkte van ion-dipoolinteracties is direct evenredig met i) de lading van het ion en ii) de grootte van de dipool van polaire moleculen.

Atoms and molecules interact through bonds (or forces): intramolecular and intermolecular. The forces are electrostatic as they arise from interactions ...

Education

JoVE Core

Molecular Biology

Moleculaire biologie

Unit 1

Biochemistry of the Cell

Biochemie van de cel

KEY TERMS AND CONCEPTS

BELANGRIJKE TERMEN EN CONCEPTEN

Intermoleculaire krachten

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.

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 showcases the molecular processes of the cell through clear and concise animated video lessons. Additionally, in scientist-in-action videos, these concepts' application is demonstrated through real experiments in modern laboratories.

Forces Between Molecules

Description

Transcript

Tags