2 つ以上の分子間の相互作用は分子間相互作用と呼ばれ、分子原子間の相互作用は分子内相互作用と呼ばれます。分子間相互作用は、物質のすべての状態のすべてのタイプの分子またはイオンで発生します。それらは、イオン間の強力な長距離電気引力と反発力から、まだ十分に説明されていない比較的弱い分散力までさまざまです。
これらの相互作用がなければ、凝縮した形態の物質 (液体と固体) は非常に低い温度でのみ存在します。気相におけるこれらのさまざまな力と相互作用を調べて、一部の材料が極低温で気化する一方で、その他の物質が極高温で固体または液体のままである理由を理解します。
分子間力の意味
分子間力は、相互作用する原子粒子と化合物中の分子間に存在する引力と斥力として説明できます。分子間引力はファン デル ワールス力と呼ばれ、分散力またはロンドン力、双極子間力、および双極子誘起双極子力が含まれます。
固体の分子間力 は非常に強いです。構成粒子が密集しているため、固体は非圧縮性で高密度になります。液体の場合、分子間力は粒子を一緒に保持しますが、粒子を固定位置に保持しないため、流動しやすくなり、特定の形状になります。気体の場合、分子間力は非常に弱く、構成粒子が自由に動くことができます。
分散軍またはロンドン軍
ロンドン力または分散力は、2 つの時間の力の間に存在する引力を指します。ドイツの物理学者フリッツ・ロンドンによって最初に提案されました。これらの力は常に魅力的です。相互作用する 2 つの力の間の距離の 6 乗に対するこの力の相互作用エネルギーは、反比例します。
2 つの原子を考え、非対称原子の電子電荷分布を考えます。電荷雲は、一方の側が他方の側よりも密度が高くなっています。これにより、原子に直接双極子が短時間作成されます。これにより、原子に双極子が作成されます。
両方の原子の一時的な双極子が互いに引き合います。同様に、一時的な双極子が分子内に作成されます。これらの力は、約 500 µm の短い距離に適用されます。この力の大きさは、相互作用する粒子の分極率に依存します。
双極子間力
双極子間力は、双極子の両端が常に単位電子電荷 (1.6 × 10-19 C) よりも小さい部分電荷で構成される、永久双極子を持つ分子間に存在する力です。この力はロンドン力よりも強いですが、部分電荷が関与しているため、イオン間相互作用よりも弱いです.
双極子間の距離が大きくなるにつれて、引力は減少します。極性分子間の距離とこの力の相互作用エネルギーは互いに反比例します。
双極子誘起双極子力
双極子誘起双極子力は、永久双極子を持つ極性分子と永久双極子を持たない分子の間の力です。極性分子の永久双極子は、電子雲に歪みを生じさせることにより、電気的に中性の分子に双極子を誘発します。
この力の相互作用エネルギーは、2 つの分子間の距離の 6 乗に反比例します。分極率が高いほど、引力が大きくなります。
水素結合
H2O、HF、NH3 などの一部の物質は、物質の特性 (mp、bp、溶解度) に影響を与える水素結合を形成します。 OH基とNH2基を含む他の化合物も水素結合を形成できます。アルコール、酸、アミン、アミノ酸などの多くの有機化合物の分子にはこれらの基が含まれているため、生物科学では水素結合が重要な役割を果たします。
共有結合
共有結合は、実際には分子間力ではなく分子内力です。ここで言及されているのは、共有結合によって一部の固体が形成されるためです。たとえば、ダイヤモンド、シリコン、石英などでは、結晶全体のすべての原子が共有結合によって結合されています。
メタルボンド
金属固体の原子間の力は、さまざまなカテゴリに分類されます。価電子は金属のいたるところにあります。それらは特定の原子や結合に限定されません。代わりに、それらは固体内を自由に流れ、熱および電気エネルギーに優れた伝導性を提供します.
結論
すべての分子間相互作用は静電的です。つまり、反対の電荷の引力によって引き起こされます。これらの相互作用の強さは、電荷の増加とともに増加します。イオンは最も荷電しているため、反対に荷電したイオン間で形成される相互作用が最も強い分子間相互作用です。
2 番目に強いのは、極性結合を含む分子間の相互作用です。極性結合は、電子が不均等に共有される共有結合です。したがって、電気陰性度の高い原子は部分的に負電荷を持ち、電気陰性度が低い原子は部分的に正電荷を持ちます。
正と負の電荷が原子間で分離されているこの配置は、双極子と呼ばれます。分子間力は、物質が示す特性にある程度関与しています。
