Van der Waals vs Hydrogen Bonds
Οι δυνάμεις Van der Waals και οι δεσμοί υδρογόνου είναι διαμοριακές έλξεις μεταξύ των μορίων. Μερικές διαμοριακές δυνάμεις είναι ισχυρότερες και κάποιες είναι αδύναμες. Αυτοί οι δεσμοί καθορίζουν τη συμπεριφορά των μορίων.
Δυνάμεις Van der Waals
Για μια διαμοριακή έλξη, θα πρέπει να υπάρχει διαχωρισμός φορτίου. Υπάρχουν μερικά συμμετρικά μόρια όπως τα H2, Cl2, όπου δεν υπάρχουν διαχωρισμοί φορτίου. Ωστόσο, τα ηλεκτρόνια κινούνται συνεχώς σε αυτά τα μόρια. Επομένως, μπορεί να υπάρξει στιγμιαίος διαχωρισμός φορτίου εντός του μορίου εάν το ηλεκτρόνιο κινηθεί προς το ένα άκρο του μορίου. Το άκρο με το ηλεκτρόνιο θα έχει αρνητικό φορτίο προσωρινά, ενώ το άλλο άκρο θα έχει θετικό φορτίο. Αυτά τα προσωρινά δίπολα μπορούν να προκαλέσουν ένα δίπολο στο γειτονικό μόριο και στη συνέχεια, μπορεί να συμβεί μια αλληλεπίδραση μεταξύ των αντίθετων πόλων. Αυτό το είδος αλληλεπίδρασης είναι γνωστό ως επαγόμενη διπολική αλληλεπίδραση που προκαλείται από το δίπολο. Επιπλέον, μπορεί να υπάρχουν αλληλεπιδράσεις μεταξύ ενός μόνιμου διπόλου και ενός επαγόμενου διπόλου ή μεταξύ δύο μόνιμων διπόλων. Όλες αυτές οι διαμοριακές αλληλεπιδράσεις είναι γνωστές ως δυνάμεις Van der Waals.
Δεσμοί Υδρογόνου
Όταν το υδρογόνο συνδέεται με ένα ηλεκτραρνητικό άτομο όπως το φθόριο, το οξυγόνο ή το άζωτο, θα προκύψει ένας πολικός δεσμός. Λόγω της ηλεκτραρνητικότητας, τα ηλεκτρόνια του δεσμού θα έλκονται περισσότερο από το ηλεκτραρνητικό άτομο παρά από το άτομο υδρογόνου. Επομένως, το άτομο υδρογόνου θα λάβει μερικώς θετικό φορτίο, ενώ το πιο ηλεκτραρνητικό άτομο θα λάβει μερικώς αρνητικό φορτίο. Όταν δύο μόρια που έχουν αυτόν τον διαχωρισμό φορτίου είναι κοντά, θα υπάρχει μια δύναμη έλξης μεταξύ του υδρογόνου και του αρνητικά φορτισμένου ατόμου. Αυτή η έλξη είναι γνωστή ως δεσμός υδρογόνου. Οι δεσμοί υδρογόνου είναι σχετικά ισχυρότεροι από άλλες διπολικές αλληλεπιδράσεις και καθορίζουν τη μοριακή συμπεριφορά. Για παράδειγμα, τα μόρια του νερού έχουν διαμοριακούς δεσμούς υδρογόνου. Ένα μόριο νερού μπορεί να σχηματίσει τέσσερις δεσμούς υδρογόνου με ένα άλλο μόριο νερού. Δεδομένου ότι το οξυγόνο έχει δύο μόνα ζεύγη, μπορεί να σχηματίσει δύο δεσμούς υδρογόνου με θετικά φορτισμένο υδρογόνο. Τότε τα δύο μόρια νερού μπορούν να είναι γνωστά ως διμερές. Κάθε μόριο νερού μπορεί να συνδεθεί με τέσσερα άλλα μόρια λόγω της ικανότητας σύνδεσης υδρογόνου. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα υψηλότερο σημείο βρασμού για το νερό, παρόλο που ένα μόριο νερού έχει χαμηλό μοριακό βάρος. Επομένως, η ενέργεια που απαιτείται για τη διάσπαση των δεσμών υδρογόνου όταν πηγαίνουν στην αέρια φάση είναι υψηλή. Επιπλέον, οι δεσμοί υδρογόνου καθορίζουν την κρυσταλλική δομή του πάγου. Η μοναδική διάταξη του πλέγματος πάγου το βοηθά να επιπλέει στο νερό, ως εκ τούτου προστατεύει την υδρόβια ζωή τη χειμερινή περίοδο. Εκτός από αυτό, ο δεσμός υδρογόνου παίζει ζωτικό ρόλο στα βιολογικά συστήματα. Η τρισδιάστατη δομή των πρωτεϊνών και του DNA βασίζεται αποκλειστικά σε δεσμούς υδρογόνου. Οι δεσμοί υδρογόνου μπορούν να καταστραφούν από τη θέρμανση και τις μηχανικές δυνάμεις.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ των δυνάμεων Van der Waals και των δεσμών υδρογόνου;
• Οι δεσμοί υδρογόνου εμφανίζονται μεταξύ του υδρογόνου, το οποίο συνδέεται με ένα ηλεκτραρνητικό άτομο και ένα ηλεκτραρνητικό άτομο ενός άλλου μορίου. Αυτό το ηλεκτραρνητικό άτομο μπορεί να είναι φθόριο, οξυγόνο ή άζωτο.
• Οι δυνάμεις Van der Waals μπορούν να εμφανιστούν μεταξύ δύο μόνιμων διπόλων, διπόλων που προκαλούνται από δίπολα ή δύο επαγόμενων διπόλων.
• Για να πραγματοποιηθούν οι δυνάμεις Van der Waals, το μόριο δεν πρέπει απαραίτητα να έχει δίπολο, αλλά ο δεσμός υδρογόνου λαμβάνει χώρα μεταξύ δύο μόνιμων διπόλων.
• Οι δεσμοί υδρογόνου είναι πολύ ισχυρότεροι από τις δυνάμεις Van der Waals.
