Back to chapter

11.2:

Intermoleculaire versus Intramoleculaire Krachten

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Intermolecular vs Intramolecular Forces

Languages

Share

Chemische stoffen ontstaan wanneer atomen of ionen elektrostatisch interageren. Een zuurstofatoom en twee waterstofatomen binden bijvoorbeeld covalent om een watermolecuul te vormen. Dergelijke bindingskrachten die de atomen binnen een molecuul bij elkaar houden, worden intramoleculaire krachten genoemd.Intramoleculaire krachten dicteren chemische eigenschappen zoals stabiliteit en soorten chemische bindingen. De drie basistypen zijn ionische, covalente en metallische bindingen. Een ionische binding wordt gevormd door de overdracht van valentie-elektronen van een metaal naar een niet-metalen atoom, wat resulteert in een elektrostatische aantrekkingskracht tussen de tegengesteld geladen ionen.Een covalente binding wordt gevormd wanneer niet-metalen atomen hun valentie-elektronen delen. Ten slotte is metaalbinding het resultaat van de interactie tussen de reeks positieve metaalionen en een gedeelde pool van gedelokaliseerde valentie-elektronen. Elektrostatische interacties bestaan echter niet alleen binnen een molecuul, maar ook tussen moleculen.In water of het nu vast, vloeibaar of gasvormig is werken de moleculen bijvoorbeeld samen via elektrostatische, niet-bindende interacties die de toestand van de materie dicteren. Deze interacties worden intermoleculaire krachten genoemd en beïnvloeden verschillende fysische eigenschappen, zoals smelt-en kookpunten. Intermoleculaire krachten kunnen in verschillende typen worden onderverdeeld.Er treden sterke ionen-dipoolkrachten op tussen ionen en polaire moleculen;dipool-dipoolkrachten bestaan tussen polaire moleculen, waarbij een waterstofbrug een speciaal type dipool-dipoolkracht is;en tenslotte, de zwakste van allemaal dispersie-krachten bestaan in alle moleculen, polair en niet-polair, en zijn het resultaat van tijdelijke dipolen. Intermoleculaire krachten zijn zwak omdat kleine of gedeeltelijke ladingen interageren over grote afstanden, in vergelijking met intramoleculaire krachten, die sterk zijn als gevolg van grote elektrostatische interacties over korte afstanden. In vloeibaar water zijn de moleculen bijvoorbeeld gescheiden door een gemiddelde afstand van ongeveer 300 picometer, kenmerkend voor de relatief zwakkere intermoleculaire krachten.Dientengevolge kost het verwarmen van swater slechts 100 C om deze intermoleculaire krachten te overwinnen en vloeistoffase-watermoleculen over te brengen naar de dampfase. In tegenstelling hiermee is de lengte van de O-H-binding in water 96 picometer, kenmerkend voor de sterkere intramoleculaire bindingen. Water moet tot ongeveer 1000 graden Celsius verwarmd worden, veel meer dan het kookpunt, om deze intramoleculaire binding te verbreken.

11.2:

Intermoleculaire versus Intramoleculaire Krachten

Intermolecular forces (IMF) are electrostatic attractions arising from charge-charge interactions between molecules. The strength of the intermolecular force is influenced by the distance of separation between molecules. The forces significantly affect the interactions in solids and liquids, where the molecules are close together. In gases, IMFs become important only under high-pressure conditions (due to the proximity of gas molecules). Intermolecular forces dictate the physical properties of substances, such as their melting point, boiling point, density, and enthalpies of fusion and vaporization. When a liquid is heated, the thermal energy acquired by its molecules overcomes the IMFs that hold them in place, and the liquid boils (converts into the gaseous state). Boiling points and melting points depend on the type and strength of the intermolecular forces. For example, a high boiling liquid, like water (H2O, b.p. 100 °C), exhibits stronger intermolecular forces compared to a low boiling liquid, like hexane (C6H14, b.p. 68.73 °C).

While intermolecular forces exist between molecules, intramolecular forces exist within molecules and hold the atoms in a given molecule together. Intramolecular forces keep a molecule intact; a change in the state of a substance does not affect intramolecular interactions. For example, although the melting of ice partially disrupts the intermolecular forces between solid H2O molecules, thereby rearranging them and converting ice into liquid water, it does not break down individual H2O molecules.

Intramolecular forces may be ionic, covalent, or metallic in nature.

Atoms gain (nonmetals) or lose electrons (metals) to form ions (anions and cations) with particularly stable electron configurations. Compounds composed of ions are called ionic compounds (or salts), and their constituent ions are held together by ionic bonds: electrostatic forces of attraction between oppositely charged cations and anions. For example, magnesium chloride (MgCl2) is an ionic compound composed of magnesium cations and chloride anions held together by strong ionic bonds.

A covalent bond (nonpolar or polar) is formed when electrons are shared between atoms, and a molecule is formed. Nonpolar covalent bonds arise when atoms share electrons equally, such as in hydrogen (H2). Polar covalent bonds form due to unequal sharing of electrons; one atom exerts a stronger force of attraction on the electrons than the other. An example is hydrogen chloride, HCl.

Metallic solids such as crystals of copper, aluminum, and iron are formed by metal atoms. The atoms within such a metallic solid are held together by a unique force known as metallic bonding that gives rise to many useful and varied bulk properties.

Intermolecular forces are much weaker compared to intramolecular forces. For example, to overcome the IMFs in one mole of liquid HCl and convert it into gaseous HCl requires only about 17 kilojoules. However, to break the covalent bonds between the hydrogen and chlorine atoms in one mole of HCl requires about 25 times more energy, which is 430 kilojoules.

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Chapter 10: Liquids and Solids.