Molekulové interakce

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
Gekon šplhá po skle velice dobře kvůli van der Waalsovým silám

Molekulové interakce jsou slabé síly umožňující sdružování atomů či molekul nízkomolekulárních látek do kapalného a tuhého skupenství. Nejslabší je u helia. Působí mezi molekulami téže látky i mezi nestejnými molekulami. Existence vodíkových můstků je příčinou anomálií vody.

Podle fyzikálně chemické podstaty patří do slabých molekulových vazebných interakcí van der Waalsovy síly, vodíkový můstek a halogenová vazba.

Mezimolekulové interakce[editovat | editovat zdroj]

Molekuly na sebe působí silami převážně elektromagnetického původu. Tyto interakce dále určují jejich strukturu, funkci, chemické a fyzikální vlastnosti. Existují i mezi elektricky neutrálními molekulami díky asymetrické distribuci náboje v molekule a polarizovatelností molekuly. Mezimolekulové interakce umožňují sdružování atomů či molekul do kapalného a tuhého skupenství. Nejslabší mezimoloekulové interakce jsou mezi atomy helia. Působí mezi molekulami téže látky i mezi nestejnými molekulami.

Čtyři základní mezimolekulové interakce jsou elektrostatická, indukční, disperzní a repulzní.

Elektrostatická interakce[editovat | editovat zdroj]

Souhlasně orientovány dipóly
Interakce dipol-dipol molekul HCl

Typ interakce mezi dvěma molekulami a jejich elektrostatickými poli (interakce dipól-dipól), kterou popisuje Coulombův zákon

kde ε0 je permitivita vakua, εr je relativní permitivita a R je vzdálenost mezi náboji.

Mezimolekulová energie je pak

,

může být buď kladná (tedy odpudivá) nebo záporná (tedy přitažlivá); znaménko závisí zdali budou mít náboje Q1 a Q2 souhlasné či opačné znaménko.

Její podstatou je silné elektrostatické přitahování opačně nabitých pólů polárních molekul. Maximální interakce dvou dipólů bude dosaženo, pokud budou orientovány souhlasně a budou ležet v jedné ose. Jelikož tedy budu mít minimum energie, budou se dipóly samovolně orientovat souhlasně. V opačném případě dojde k jejich maximálnímu odpuzování. Lze jí vysvětlit skutečnost, že polární pevné látky se rozpouštějí v polárních rozpouštědlech.

Indukční interakce[editovat | editovat zdroj]

Někdy se také nazývá polarizační interakce. Je to interakce typu dipól-indukovaný dipól a je vždy přitažlivá. Permanentní dipól jedné molekuly je schopen druhou molekulu a tak v ní indukovat dipólový moment. Pokud permanentní dipól přestane působit, zmizí také indukovaný dipól druhé molekuly. Energie interakce závisí na vzdálenosti, velikosti permanentního dipólu a schopnosti druhé molekuly se polarizovat.

Disperzní interakce[editovat | editovat zdroj]

Animace otáčejícího se prostorového modelu dvoušroubovice DNA
Podrobnější informace naleznete v článku Dvoušroubovice.

Nazývaná také někdy Londonova disperze či Londonovy síly. Patří mezi nejslabší mezimolekulové interakce působící mezi nepolárními molekulami a je vždy přitažlivá. Její původ pramení z předpokladu, že rozložení elektronů v molekulových orbitalech nepolárních molekul není neměnné, ale neustále se velmi rychle mění, čímž nastává polarizace dvou elektronových hustot. Takže se krátkodobě stane, že na jedné straně molekuly je více elektronů než na druhé straně a vzniká proměnný nebo oscilující dipól. Jenomže v dlouhodobém průměru se dipólové momenty vzájemně vyruší a proto se molekuly jeví jako nepolární. Vzájemná interakce těchto krátkodobých dipólů vede k synchronizaci jejich oscilaci, a to je podstatou přitažlivých disperzních sil. Tato interakce například umožňuje zkapalňování vzácných plynů nebo působí mezi vrstvami v grafitu či při stabilizaci dvojšroubovice DNA.

Repulzní interakce[editovat | editovat zdroj]

Nazývá se někdy také jako Pauliho repulze. Je způsobena repulzí vzájemně se překrývajících elektronových hustot a její podstatou je Pauliho princip výlučnosti dvou elektronu se stejným spinem ve stejném elektronovém obalu. Je vždy odpudivá a její velikost roste s klesající vzdáleností.

Další mezimolekulové interakce[editovat | editovat zdroj]

Existuje mnoho dalších specifických mezimolekulových interakcí, ale mezi nejčastější patří vodíková vazba, dvojvodíková vazba, halogenová vazba, nepravá vodíková vazba, Van der Waalsovy síly, iontové můstky, kation-¶,[zdroj?] patrové interakce apod. Existence vodíkových můstků je příčinou anomálií vody.