11.3: 分子間力
原子と分子は、分子内と分子間の結合（または力）によって相互作用します。分子内力と分子間力です。分子内力は、電荷を帯びた種（永久電荷、部分電荷、一時電荷）の間の相互作用（引力、反発力）から生じます。静電的な力で、イオン、極性分子、非極性分子、中性分子の間にさまざまな強さで存在します。分子間力の種類には、イオン–双極子、双極子–双極子、水素結合、分散力があり、このうち、中性の原子や分子の間に存在する双極子–双極子、水素結合、分散力を総称してファンデルワールス力と呼びます。
双極子 - 双極子力
極性分子は、分子の一方の端が部分的に正電荷を帯び、もう一方の端が部分的に負電荷を帯びており、この電荷の分離を双極子といいます。塩酸のような極性分子では、電気陰性度の高いCl原子が部分的に負電荷を帯び、電気陰性度の低いH原子が部分的に正電荷を帯びます。塩酸分子間の引力は、塩酸分子のプラス端とマイナス端の間の引力に起因します。この引力は双極子-双極子力と呼ばれ、ある極性分子の部分的にプラスの端と別の極性分子の部分的にマイナスの端の間の静電力です。
分散力
3つのファンデルワールス力のうちの1つは、物質を構成する原子や分子の性質にかかわらず、すべての凝縮相に存在します。この引力は、1928年にこの力を初めて説明したドイツ生まれのアメリカ人物理学者フリッツ・ロンドンにちなんで、ロンドン分散力と呼ばれています。この力を単に分散力と呼ぶこともあります。原子や分子の電子は常に運動しているため（あるいは、電子の位置は量子力学的に変化するため）、電子が非対称に分布していると、ある瞬間に一時的に瞬間的な双極子が発生することがあります。この双極子の存在は、隣接する原子や分子の電子を歪ませ、誘導双極子を発生させます。このように、急速に変動する2つの一時的な双極子によって、種間には比較的弱い静電引力、いわゆる分散力が生じます。
異なる分子内の原子間に発生する分散力は、2つの分子を互いに引き寄せることができます。しかし、この力は比較的弱く、分子同士が非常に接近した場合にのみ大きくなります。大きくて重い原子や分子は、小さくて軽い原子や分子よりも強い分散力を示します。F2とCl2は常温で気体（弱い引力を反映）、Br2は液体、I2は固体（強い引力を反映）。
水素結合
フッ化ニトロシル（ONF、分子量49amu）は室温では気体であるのに対し、水（H2O、分子量18amu）は分子量が小さくても液体です。どちらの分子もほぼ同じ形をしているが、ONFの方が重くて大きい分子です。そのため、より大きな分散力が働くことが予想されます。また、この沸点の違いは、分子の双極子モーメントの違いによるものではありません。どちらの分子も極性があり、同等の双極子モーメントを持っているからです。沸点の差が大きいのは、水素原子がフッ素、酸素、窒素原子（三大電気陰性元素）と結合した分子を含む場合に、特に強い双極子の引力が発生するためです。水素原子の電気陰性度が2.1と結合している原子の電気陰性度が4.0(F原子)、3.5(O原子)、3.0(N原子)と非常に大きく、また水素原子の大きさが非常に小さく、F原子、O原子、N原子の大きさが比較的小さいことも相まって、これらの原子の部分電荷が非常に集中します。F-H、O-H、N-Hの部位を持つ分子は、近くの分子の類似した部位に非常に強く引きつけられます。これは、水素結合と呼ばれる、特に強い双極子–双極子引力の一種です。水素結合の例としては、HF⋯HF、H2O⋯HOH、H3N⋯HNH2などがあり、水素結合はドットで示されています。
イオン - 双極子力
イオン - 双極子力は、イオンと双極子の間の静電引力です。 これらの力は溶液中で一般的であり、水中のイオン化合物の溶解において重要な役割を果たします。
