Van der Waals vs Waterstofobligaties
Van der Waals-krachten en waterstofbruggen zijn intermoleculaire attracties tussen moleculen. Sommige intermoleculaire krachten zijn sterker en sommige zijn zwak. Deze bindingen bepalen het gedrag van moleculen.
Van der Waals Forces
Voor een intermoleculaire aantrekkingskracht moet er een ladingsscheiding zijn. Er zijn enkele symmetrische moleculen zoals H2, Cl2, waar geen ladingsscheidingen zijn. In deze moleculen zijn echter voortdurend elektronen in beweging. Daarom kan er onmiddellijke ladingsscheiding in het molecuul zijn als het elektron naar het ene uiteinde van het molecuul beweegt. Het uiteinde met het elektron zal tijdelijk een negatieve lading hebben, terwijl het andere uiteinde een positieve lading zal hebben. Deze tijdelijke dipolen kunnen een dipool induceren in het naburige molecuul en daarna kan een interactie tussen tegengestelde polen optreden. Dit soort interactie staat bekend als een geïnduceerde dipool-geïnduceerde dipoolinteractie. Verder kunnen er interacties zijn tussen een permanente dipool en een geïnduceerde dipool of tussen twee permanente dipolen. Al deze intermoleculaire interacties staan bekend als Van der Waals-krachten.
Waterstofbindingen
Als waterstof wordt gehecht aan een elektronegatief atoom zoals fluor, zuurstof of stikstof, ontstaat er een polaire binding. Vanwege de elektronegativiteit zullen de elektronen in de binding meer worden aangetrokken door het elektronegatieve atoom dan door het waterstofatoom. Daarom krijgt het waterstofatoom gedeeltelijk een positieve lading, terwijl het meer elektronegatieve atoom gedeeltelijk een negatieve lading krijgt. Wanneer twee moleculen met deze ladingsscheiding dichtbij zijn, zal er een aantrekkingskracht zijn tussen waterstof en het negatief geladen atoom. Deze aantrekkingskracht staat bekend als waterstofbinding. Waterstofbindingen zijn relatief sterker dan andere dipoolinteracties en bepalen het moleculaire gedrag. Watermoleculen hebben bijvoorbeeld een intermoleculaire waterstofbinding. Eén watermolecuul kan vier waterstofbruggen vormen met een ander watermolecuul. Omdat zuurstof twee eenzame paren heeft, kan het twee waterstofbruggen vormen met positief geladen waterstof. Dan kunnen de twee watermoleculen een dimeer worden genoemd. Elk watermolecuul kan zich binden met vier andere moleculen vanwege het vermogen om waterstof te binden. Dit resulteert in een hoger kookpunt voor water, ook al heeft een watermolecuul een laag molecuulgewicht. Daarom is de energie die nodig is om de waterstofbruggen te verbreken wanneer ze naar de gasfase gaan hoog. Verder bepalen waterstofbruggen de kristalstructuur van ijs. De unieke opstelling van het ijsrooster helpt het op het water te drijven en beschermt zo het waterleven in de winterperiode. Verder speelt waterstofbinding een vitale rol in biologische systemen. De driedimensionale structuur van eiwitten en DNA is uitsluitend gebaseerd op waterstofbruggen. Waterstofbindingen kunnen worden vernietigd door verhitting en mechanische krachten.
Wat is het verschil tussen Van der Waals-krachten en waterstofbruggen?
• Waterstofbindingen ontstaan tussen waterstof, dat is verbonden met een elektronegatief atoom en een elektronegatief atoom van een ander molecuul. Dit elektronegatieve atoom kan een fluor, zuurstof of stikstof zijn.
• Van der Waals-krachten kunnen optreden tussen twee permanente dipolen, dipoolgeïnduceerde dipool of twee geïnduceerde dipolen.
• Om Van der Waals-krachten te laten plaatsvinden, hoeft het molecuul niet noodzakelijk een dipool te hebben, maar waterstofbinding vindt plaats tussen twee permanente dipolen.
• Waterstofbindingen zijn veel sterker dan Van der Waals-krachten.
