קשרים בין מולקולריים


קשרים בין מולקולריים

אינטראקציות בין-מולקולריות

שיעור זה הוא מבוא לנושא אינטראקציות בין-מולקולריות. בשלושת השיעורים הבאים (אינטראקציות ואן דר ואלס, קשרי מימן, תכונות חומרים מולקולריים) נרחיב על כל אחד מהקשרים והשפעתם על תכונות החומרים המולקולריים.

בין המולקולות של החומרים המולקולריים קיימות אינטראקציות בין-מולקולריות. אינטראקציות בין-מולקולריות אלה מאפשרות לנו להסביר את ההבדלים בין טמפרטורת היתוך ורתיחה של חומרים מולקולריים, מצבי צבירה שונים שלהם וכן תהליך המסה שבו המומס והממס הם חומרים מולקולריים.

לעתים בספרות הכימית אין הפרדה בין המינוחים "אינטראקציות בין-מולקולריות" או "קשרים בין-מולקולריים" אנו נשתדל להקפיד על מינוח המקובל בהוראה בתיכון ונציין שהמונח אינטראקציות בין-מולקולריות כולל את שני סוגי האינטראקציות הנלמדות בבית-ספר: אינטראקציות ואן דר ואלס וקשרי מימן. שימו לב שלמרות שבמונח "קשרי מימן" משתמשים במילה קשרים קשרי מימן הם למעשה אינטראקציות בין-מולקולריות.

בנוסף, לעתים בספרות הכימית אינטראקציות בין-מולקולריות נקראות גם כוחות בין-מולקולריים או קשרים בין-מולקולריים ויש להבחין ביניהם לבין הקשר הקוולנטי שהוא קשר כימי תוך מולקולרי כלומר בתוך המולקולה. הקשרים/ האינטראקציות הבין-מולקולריים אינם יוצרים מצב של היערכות אלקטרונית חדשה למולקולה אבל עוזרים להסביר היבטים מאקרוסקופיים של החומר.

ישנם, כאמור, שני סוגים של אינטראקציות בין-מולקולריות:

  1. אינטראקציות ואן דר ואלס (בקיצור ו.ד.ו או באנגלית V.D.V)
  2. קשרי מימן

את שני סוגי האינטראקציות ניתן להסביר על-ידי משיכה חשמלית הנוצרת בין המולקולות אבל כל אחד מהסוגים מושפע מגורם אחר הנמצא במולקולה ומאפשר יצירת משיכה חשמלית בין המולקולות. לכן, גם הכינויים שניתנו לכוחות המשיכה האלו שונים זה מזה.

זה המקום לציין שאת ההבדלים בטמפרטורת ההיתוך והרתיחה של חומרים מולקולריים ומצב הצבירה שלהם בטמפרטורת החדר ניתן להסביר בעזרת חוזק כוחות המשיכה שבין המולקולות. ככל שהמשיכה בין המולקולות תהיה חזקה יותר, תידרש יותר אנרגיה לפירוק הקשרים ולכן, טמפרטורת ההיתוך או הרתיחה תהיינה גבוהות יותר ולהיפך. ככל שכוחות המשיכה בין המולקולות יהיו חלשים יותר תידרש פחות אנרגיה לפירוק הקשרים בין המולקולות ולכן טמפרטורת ההיתוך והרתיחה של אותו חומר תהיינה נמוכות יותר.

בנוסף, ככל שכוחות המשיכה בין המולקולות יהיו יותר חזקים, ניתן לצפות שמצב הצבירה בטמפרטורת החדר יהיה נוזל ואולי אפילו מוצק. זאת משום שאין מספיק אנרגיה בטמפרטורת החדר כדי לנתק את הקשרים/אינטראקציות בין המולקולות ולכן חלקיקי החומר יהיו צפופים יותר. במצב שבו כוחות המשיכה בין המולקולות חלשים יותר יש סיכוי גדול יותר למצוא את החומר במצב צבירה גז.  שכן בטמפרטורת החדר תהיה מספיק אנרגיה לנתק את הקשרים/אינטראקציות בין המולקולות. המולקולות יתרחקו זו מזו, צפיפות החומר תקטן ומצב הצבירה של החומר יהיה נוזל או אפילו גז.