हाइड्रोजन बॉन्ड बनाम वैन डेर वाल्स
यह तुलना हाइड्रोजन बॉन्ड और वैन डेर वाल्स फोर्स, दो मुख्य इंटरमॉलिक्यूलर अट्रैक्शन के बीच अंतर को दिखाती है। हालांकि दोनों ही चीज़ों के फिजिकल गुण तय करने के लिए ज़रूरी हैं, लेकिन वे अपने इलेक्ट्रोस्टैटिक्स, बॉन्ड एनर्जी और उनके बनने के लिए ज़रूरी खास मॉलिक्यूलर कंडीशन में काफी अलग होते हैं।
मुख्य बातें
- हाइड्रोजन बॉन्ड के लिए खास 'डोनर' एटम की ज़रूरत होती है, जबकि वैन डेर वाल्स फोर्स यूनिवर्सल होते हैं।
- हाइड्रोजन बॉन्डिंग पानी और बर्फ के खास गुणों के लिए ज़िम्मेदार है।
- जैसे-जैसे मॉलिक्यूल का साइज़ और सरफेस एरिया बढ़ता है, वैन डेर वाल्स फोर्स भी बढ़ता है।
- हाइड्रोजन बॉन्ड, टेम्पररी वैन डेर वाल्स डाइपोल की तुलना में काफी ज़्यादा मज़बूत और स्टेबल होते हैं।
हाइड्रोजन बॉन्ड क्या है?
एक मज़बूत डाइपोल-डाइपोल अट्रैक्शन तब होता है जब हाइड्रोजन, नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, या फ्लोरीन जैसे बहुत ज़्यादा इलेक्ट्रोनेगेटिव एटम से जुड़ा होता है।
- इंटरेक्शन टाइप: स्ट्रॉन्ग डाइपोल-डाइपोल
- मुख्य तत्व: हाइड्रोजन (प्रोटॉन डोनर)
- शक्ति: 5 से 30 kJ/mol
- ज़रूरत: H, N, O, या F से जुड़ा हो
- प्रकृति: दिशात्मक और विशिष्ट
वैन डेर वाल्स बल क्या है?
इलेक्ट्रॉन डेंसिटी में कुछ समय के उतार-चढ़ाव की वजह से सभी एटम और मॉलिक्यूल के बीच कमज़ोर, यूनिवर्सल अट्रैक्शन होता है।
- इंटरेक्शन टाइप: डिस्पर्शन/इंड्यूस्ड डाइपोल
- मुख्य कारक: इलेक्ट्रॉन क्लाउड की पोलराइज़ेबिलिटी
- शक्ति: 0.4 से 4 kJ/mol
- ज़रूरत: सभी एटम/मॉलिक्यूल में मौजूद हो
- प्रकृति: गैर-दिशात्मक और सार्वभौमिक
तुलना तालिका
| विशेषता | हाइड्रोजन बॉन्ड | वैन डेर वाल्स बल |
|---|---|---|
| ताकत की क्षमता | सबसे मजबूत अंतर-आणविक बल | सबसे कमज़ोर अंतरआणविक बल |
| शामिल पदार्थ | HN, HO, या HF बंधों वाले अणु | सभी परमाणु और अणु |
| स्थायित्व | स्थायी द्विध्रुवीय अंतःक्रिया | अक्सर अस्थायी या उतार-चढ़ाव वाला |
| क्वथनांक पर प्रभाव | क्वथनांक में उल्लेखनीय वृद्धि | क्वथनांक में मामूली योगदान |
| दूरी निर्भरता | कम दूरी पर कार्य करता है | अत्यंत कम दूरी पर कार्य करता है |
| जीव विज्ञान में भूमिका | डीएनए बेस पेयरिंग और प्रोटीन फोल्डिंग | झिल्ली स्थिरता और एंजाइम बंधन |
विस्तृत तुलना
बल की उत्पत्ति
हाइड्रोजन बॉन्डिंग एक परमानेंट, मज़बूत डाइपोल से बनती है, जो तब बनता है जब हाइड्रोजन से उसकी इलेक्ट्रॉन डेंसिटी एक बहुत इलेक्ट्रोनेगेटिव पड़ोसी (N, O, या F) छीन लेता है। इससे एक 'नेकेड' प्रोटॉन बचता है जो पास के मॉलिक्यूल्स पर लोन पेयर्स की तरफ़ बहुत ज़्यादा अट्रैक्ट होता है। वैन डेर वाल्स फ़ोर्स, खासकर लंदन डिस्पर्शन फ़ोर्स, इलेक्ट्रॉन्स की लगातार मोशन से बनते हैं, जो कुछ समय के लिए, टिमटिमाते हुए डाइपोल बनाते हैं जो आस-पास के एटम में वैसे ही चार्ज पैदा करते हैं।
शक्ति और ऊर्जा तराजू
केमिकल अट्रैक्शन के क्रम में, हाइड्रोजन बॉन्ड आम वैन डेर वाल्स फोर्स से लगभग दस गुना ज़्यादा मज़बूत होते हैं, लेकिन फिर भी कोवैलेंट बॉन्ड से काफ़ी कमज़ोर होते हैं। जबकि एक वैन डेर वाल्स इंटरैक्शन बहुत कम होता है, वे बड़े मॉलिक्यूल्स (जैसे पॉलीमर) में शक्तिशाली हो सकते हैं, जहाँ हज़ारों ये छोटे अट्रैक्शन मिलकर एक महत्वपूर्ण टोटल फोर्स बनाते हैं।
भौतिक गुणों पर प्रभाव
हाइड्रोजन बॉन्डिंग की मौजूदगी बताती है कि पानी रूम टेम्परेचर पर गैस के बजाय लिक्विड क्यों होता है; इन मज़बूत अट्रैक्शन को तोड़ने के लिए इसे काफ़ी गर्मी की ज़रूरत होती है। इसके उलट, वैन डेर वाल्स फ़ोर्स ही एकमात्र कारण है कि नियॉन जैसी नोबल गैसें या मीथेन जैसे नॉन-पोलर मॉलिक्यूल्स लिक्विड हो सकते हैं, हालांकि यह फ़ोर्स की कमज़ोरी के कारण बहुत कम टेम्परेचर पर ही होता है।
विशिष्टता और दिशात्मकता
हाइड्रोजन बॉन्ड बहुत ज़्यादा डायरेक्शनल होते हैं, जिसका मतलब है कि बॉन्ड के सबसे मज़बूत होने के लिए एटम को एक खास ज्योमेट्री में अलाइन होना चाहिए, जो DNA के डबल-हेलिक्स स्ट्रक्चर के लिए ज़रूरी है। वैन डेर वाल्स फोर्स नॉन-डायरेक्शनल और यूनिवर्सल होते हैं; वे एक 'चिपचिपी' कोटिंग की तरह काम करते हैं जो सभी पार्टिकल्स पर असर डालती है, चाहे उनका ओरिएंटेशन कुछ भी हो, बशर्ते वे छूने के लिए काफी पास हों।
लाभ और हानि
हाइड्रोजन बॉन्ड
लाभ
- +तरल पानी सक्षम बनाता है
- +जटिल जीवन रूपों को स्थिर करता है
- +बंधन में उच्च विशिष्टता
- +पूर्वानुमानित दिशात्मक ज्यामिति
सहमत
- −विशिष्ट विद्युत ऋणात्मक परमाणुओं की आवश्यकता होती है
- −ध्रुवीय अणुओं तक सीमित
- −गर्मी से आसानी से बाधित
- −तोड़ने में ज़्यादा ऊर्जा लागत
वैन डेर वाल्स
लाभ
- +प्रत्येक पदार्थ पर कार्य करता है
- +पॉलिमर में योगात्मक शक्ति
- +गैस द्रवीकरण की अनुमति देता है
- +तेजी से सतह आसंजन को सुविधाजनक बनाता है
सहमत
- −व्यक्तिगत रूप से बेहद कमज़ोर
- −अत्यधिक दूरी-संवेदनशील
- −छोटे परमाणुओं में अप्रत्याशित
- −कंपन से आसानी से काबू पा लें
सामान्य भ्रांतियाँ
हाइड्रोजन बॉन्ड, कोवैलेंट बॉन्ड की तरह 'असली' केमिकल बॉन्ड होते हैं।
'बॉन्ड' नाम के बावजूद, वे असल में मज़बूत इंटरमॉलिक्यूलर अट्रैक्शन होते हैं। इनमें नई केमिकल स्पीशीज़ बनाने के लिए इलेक्ट्रॉन्स की शेयरिंग या ट्रांसफर शामिल नहीं होता, हालांकि वे दूसरे डाइपोल इंटरैक्शन से कहीं ज़्यादा मज़बूत होते हैं।
वैन डेर वाल्स फोर्स केवल नॉन-पोलर मॉलिक्यूल्स में मौजूद होते हैं।
वैन डेर वाल्स फोर्स बिना किसी अपवाद के सभी एटम और मॉलिक्यूल के बीच मौजूद होते हैं। पोलर मॉलिक्यूल में, वे डाइपोल-डाइपोल या हाइड्रोजन बॉन्डिंग जैसे मज़बूत फोर्स के आगे दब जाते हैं।
हाइड्रोजन किसी भी इलेक्ट्रोनेगेटिव एलिमेंट के साथ ये बॉन्ड बना सकता है।
हाइड्रोजन बॉन्डिंग खास तौर पर नाइट्रोजन, ऑक्सीजन और फ्लोरीन तक ही सीमित है। क्लोरीन जैसे एलिमेंट्स में ज़्यादा इलेक्ट्रोनगेटिविटी होती है, लेकिन वे इतने बड़े होते हैं कि हाइड्रोजन एटम को असली हाइड्रोजन बॉन्ड बनाने के लिए काफी पास नहीं आने देते।
वैन डेर वाल्स फोर्स हमेशा बहुत कमज़ोर होती हैं।
बड़े सिस्टम में, वे बहुत ज़रूरी होते हैं। उदाहरण के लिए, गेको सीधी कांच की सतहों पर चल सकते हैं क्योंकि उनके पैर के बालों और सतह के बीच लाखों वैन डेर वाल्स इंटरैक्शन का कुल असर होता है।
अक्सर पूछे जाने वाले सवाल
कौन ज़्यादा मज़बूत है, हाइड्रोजन बॉन्ड या वैन डेर वाल्स फ़ोर्स?
क्या पानी में वैन डेर वाल्स फोर्स होता है?
DNA में हाइड्रोजन बॉन्ड इतना महत्वपूर्ण क्यों है?
मॉलिक्यूलर वेट वैन डेर वाल्स फोर्स को कैसे प्रभावित करता है?
क्या वैक्यूम में हाइड्रोजन बॉन्ड बन सकते हैं?
इन बॉन्ड्स के कारण बर्फ पानी से कम घनी क्यों होती है?
क्या लंदन डिस्पर्शन फोर्स वैन डेर वाल्स के समान हैं?
ज़्यादा तापमान पर इन फोर्स का क्या होता है?
निर्णय
पोलर सब्सटेंस में हाई बॉइलिंग पॉइंट और खास मॉलिक्यूलर शेप को समझाने के लिए हाइड्रोजन बॉन्डिंग चुनें। सभी पार्टिकल्स के बीच यूनिवर्सल 'स्टिकीनेस', खासकर नॉन-पोलर गैसों में और बड़े ऑर्गेनिक मॉलिक्यूल्स की स्ट्रक्चरल इंटीग्रिटी को समझाने के लिए वैन डेर वाल्स फोर्स का इस्तेमाल करें।
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