mga puwersang intermolekularbiyokimikapisikal na kimikamolekular na pisika
Hydrogen Bond kumpara sa Van der Waals
Sinusuri ng paghahambing na ito ang mga pagkakaiba sa pagitan ng mga bono ng hydrogen at mga puwersa ng Van der Waals, ang dalawang pangunahing atraksyon sa pagitan ng mga molekula. Bagama't pareho silang mahalaga para sa pagtukoy ng mga pisikal na katangian ng mga sangkap, malaki ang pagkakaiba ng mga ito sa kanilang mga electrostatic, enerhiya ng bono, at ang mga partikular na kondisyon ng molekula na kinakailangan para sa kanilang pagbuo.
Mga Naka-highlight
Ang mga bono ng hydrogen ay nangangailangan ng mga partikular na atomo ng 'donor', habang ang mga puwersa ng Van der Waals ay pangkalahatan.
Ang hydrogen bonding ay responsable para sa mga natatanging katangian ng tubig at yelo.
Ang mga puwersa ng Van der Waals ay tumataas habang lumalaki ang laki at lawak ng ibabaw ng isang molekula.
Ang mga bono ng hydrogen ay mas malakas at mas matatag kaysa sa mga pansamantalang Van der Waals dipole.
Ano ang Bono ng Hidrogeno?
Isang malakas na dipole-dipole attraction na nangyayari kapag ang hydrogen ay nakadikit sa mga atomong lubos na elektronegatibo tulad ng Nitrogen, Oxygen, o Fluorine.
Uri ng Interaksyon: Malakas na Dipole-Dipole
Pangunahing Elemento: Hydrogen (proton donor)
Lakas: 5 hanggang 30 kJ/mol
Kinakailangan: Ang H ay nakadikit sa N, O, o F
Kalikasan: Direksyonal at tiyak
Ano ang Mga Puwersa ng Van der Waals?
Mahinang, pangkalahatang atraksyon sa pagitan ng lahat ng atomo at molekula na dulot ng pansamantalang pagbabago-bago sa densidad ng elektron.
Uri ng Interaksyon: Dipole na Pinapakalat/Sapilitan
Pangunahing Salik: Polarizability ng electron cloud
Lakas: 0.4 hanggang 4 kJ/mol
Pangangailangan: Umiiral sa lahat ng atomo/molekula
Kalikasan: Hindi direksyonal at unibersal
Talahanayang Pagkukumpara
Tampok
Bono ng Hidrogeno
Mga Puwersa ng Van der Waals
Relatibong Lakas
Pinakamalakas na puwersang intermolekular
Pinakamahinang puwersang intermolekular
Mga Sangkap na Kasangkot
Mga molekula na may mga bono na HN, HO, o HF
Lahat ng atomo at molekula
Permanensiya
Permanenteng interaksyon ng dipole
Kadalasang pansamantala o pabago-bago
Epekto sa Boiling Point
Makabuluhang nagpapataas ng mga punto ng pagkulo
Maliit na kontribusyon sa mga punto ng pagkulo
Pagdepende sa Distansya
Gumagana sa maikling saklaw
Gumagana sa napakaikling saklaw
Papel sa Biyolohiya
Pagpapares ng base ng DNA at pagtiklop ng protina
Katatagan ng lamad at pagbubuklod ng enzyme
Detalyadong Paghahambing
Pinagmulan ng Puwersa
Ang hydrogen bonding ay nagmumula sa isang permanente at malakas na dipole na nalilikha kapag ang hydrogen ay inaalisan ng electron density nito ng isang napaka-electronegative na kapitbahay (N, O, o F). Nag-iiwan ito ng isang 'hubad' na proton na malakas na naaakit sa mga lone pair sa mga kalapit na molekula. Ang mga puwersa ng Van der Waals, partikular ang mga puwersa ng London dispersion, ay resulta ng patuloy na paggalaw ng mga electron, na lumilikha ng panandalian at kumikislap na mga dipole na nagdudulot ng magkatulad na karga sa mga kalapit na atomo.
Mga Iskalang Lakas at Enerhiya
Sa hirarkiya ng mga atraksyong kemikal, ang mga bono ng hydrogen ay humigit-kumulang sampung beses na mas malakas kaysa sa karaniwang mga puwersa ng Van der Waals ngunit mas mahina pa rin nang malaki kaysa sa mga covalent bond. Bagama't bale-wala ang isang interaksyon ng Van der Waals, maaari silang maging malakas sa malalaking molekula (tulad ng mga polimer) kung saan libu-libo sa maliliit na atraksyong ito ang bumubuo sa isang makabuluhang kabuuang puwersa.
Impluwensya sa mga Pisikal na Katangian
Ang pagkakaroon ng Hydrogen bonding ay nagpapaliwanag kung bakit ang tubig ay isang likido sa temperatura ng silid sa halip na isang gas; nangangailangan ito ng matinding init upang mabasag ang mga malalakas na atraksyong ito. Sa kabaligtaran, ang mga puwersa ng Van der Waals ang tanging dahilan kung bakit ang mga noble gas tulad ng Neon o mga non-polar na molekula tulad ng Methane ay maaaring matunaw, bagaman nangyayari lamang ito sa napakababang temperatura dahil sa kahinaan ng puwersa.
Pagtitiyak at Direksyon
Ang mga bono ng hydrogen ay may mataas na direksyon, ibig sabihin ang mga atomo ay dapat na nakahanay sa isang partikular na heometriya para maging pinakamalakas ang bono, na mahalaga para sa double-helix na istruktura ng DNA. Ang mga puwersa ng Van der Waals ay hindi direksyonal at pangkalahatan; kumikilos ang mga ito na parang isang 'malagkit' na patong na nakakaapekto sa lahat ng mga partikulo anuman ang kanilang oryentasyon, basta't sapat ang lapit ng mga ito upang magdikit.
Mga Kalamangan at Kahinaan
Bono ng Hidrogeno
Mga Bentahe
+Nagbibigay-daan sa likidong tubig
+Pinapatatag ang mga kumplikadong anyo ng buhay
+Mataas na espesipiko sa pagbubuklod
+Nahuhulaang direksiyonal na heometriya
Nakumpleto
−Nangangailangan ng mga partikular na atomong elektronegatibo
−Limitado sa mga polar na molekula
−Madaling masira ng init
−Mataas na gastos sa enerhiya para masira
Van der Waals
Mga Bentahe
+Gumagana sa bawat sangkap
+Lakas ng kabuuan sa mga polimer
+Pinapayagan ang pagkatunaw ng gas
+Pinapadali ang mabilis na pagdikit ng ibabaw
Nakumpleto
−Lubhang mahina nang paisa-isa
−Lubos na sensitibo sa distansya
−Hindi mahuhulaan sa maliliit na atomo
−Madaling malampasan ng panginginig ng boses
Mga Karaniwang Maling Akala
Alamat
Ang mga hydrogen bond ay 'totoong' mga kemikal na bono tulad ng mga covalent bond.
Katotohanan
Sa kabila ng pangalang 'bond,' ang mga ito ay talagang malalakas na intermolecular attractions. Hindi sila nagsasangkot ng pagbabahagi o paglilipat ng mga electron upang bumuo ng isang bagong kemikal na species, bagama't mas malakas ang mga ito kaysa sa iba pang dipole interactions.
Alamat
Ang mga puwersa ng Van der Waals ay umiiral lamang sa mga molekulang hindi polar.
Katotohanan
May mga puwersang Van der Waals na umiiral sa pagitan ng lahat ng atomo at molekula nang walang pagbubukod. Sa mga polar molecule, natatabunan lamang sila ng mas malalakas na puwersa tulad ng dipole-dipole o hydrogen bonding.
Alamat
Maaaring bumuo ang hydrogen ng mga bond na ito sa anumang elementong elektronegatibo.
Katotohanan
Ang hydrogen bonding ay partikular na limitado sa Nitrogen, Oxygen, at Fluorine. Ang mga elementong tulad ng Chlorine ay may mataas na electronegativity ngunit masyadong malaki para payagan ang atomo ng hydrogen na lumapit nang sapat para mabuo ang isang tunay na hydrogen bond.
Alamat
Ang mga puwersa ng Van der Waals ay palaging masyadong mahina para maging materya.
Katotohanan
Sa malalaking sistema, mahalaga ang mga ito. Halimbawa, ang mga tuko ay maaaring maglakad sa mga patayong ibabaw ng salamin dahil sa pinagsama-samang epekto ng milyun-milyong interaksyon ni Van der Waals sa pagitan ng kanilang mga balahibo sa daliri ng paa at ng ibabaw.
Mga Madalas Itanong
Alin ang mas malakas, ang Hydrogen bond o ang Van der Waals force?
Ang isang Hydrogen bond ay mas malakas nang malaki, kadalasan nang sampung beses o higit pa. Bagama't ang isang Hydrogen bond ay mula 5 hanggang 30 kJ/mol, ang mga interaksyon ng Van der Waals ay karaniwang mas mababa sa 4 kJ/mol.
Ang tubig ba ay may puwersang Van der Waals?
Oo, nararanasan ng mga molekula ng tubig ang mga puwersang Van der Waals, ngunit ang mga epekto ay halos ganap na natatakpan ng mas malalakas na bigkis ng Hydrogen na nabubuo sa pagitan ng mga atomo ng oxygen at hydrogen ng mga kalapit na molekula.
Bakit napakahalaga ng Hydrogen bond sa DNA?
Ang mga hydrogen bond ay naghihigpit sa dalawang hibla ng DNA double helix. Ang mga ito ay sapat na malakas upang mapanatili ang istruktura ngunit sapat na mahina upang 'mabuksan' ng mga enzyme habang isinasagawa ang replikasyon ng DNA at sintesis ng protina.
Paano nakakaapekto ang molekular na timbang sa mga puwersa ng Van der Waals?
Habang tumataas ang bigat ng molekula, tumataas din ang bilang ng mga electron, na ginagawang mas 'polarizable' ang ulap ng elektron. Ito ay humahantong sa mas malakas na pansamantalang mga dipole at, dahil dito, mas malakas na puwersa ng Van der Waals.
Maaari bang mabuo ang mga hydrogen bond sa isang vacuum?
Oo, dalawang molekula na may kakayahang mag-hydrogen bonding ay mag-aakit sa isa't isa sa isang vacuum kung sila ay sapat na magkalapit. Gayunpaman, sa gas phase, ang mga molekula ay karaniwang masyadong malayo sa isa't isa para sa mga puwersang ito na magpakita nang malaki.
Bakit mas hindi gaanong densidad ang yelo kaysa sa tubig dahil sa mga ugnayang ito?
Habang nagyeyelo ang tubig, pinipilit ng mga bono ng hydrogen ang mga molekula sa isang nakapirming, hexagonal na sala-sala na nagpapanatili sa kanila na mas malayo ang pagitan kaysa sa kung sila ay nasa likidong anyo. Lumilikha ito ng bukas na espasyo sa istraktura, na ginagawang mas hindi gaanong siksik ang yelo kaysa sa likidong tubig sa paligid nito.
Pareho ba ang mga puwersa ng pagpapakalat ng London at ang mga puwersa ng Van der Waals?
Ang mga puwersa ng London dispersion ay isang partikular na uri ng puwersa ng Van der Waals. Sa maraming konteksto ng kimika, ang terminong 'Van der Waals' ay ginagamit bilang isang pangkalahatang termino na kinabibilangan ng mga puwersa ng dispersion, mga interaksyon ng dipole-dipole, at mga interaksyon ng induced-dipole.
Ano ang nangyayari sa mga puwersang ito sa mataas na temperatura?
Sa matataas na temperatura, tumataas ang kinetic energy ng mga molekula. Kapag ang kinetic energy ay lumampas sa attractive energy ng mga hydrogen bond o Van der Waals forces, ang substance ay magbabago ng estado mula sa solid patungong likido, o likido patungong gas.
Hatol
Piliin ang Hydrogen bonding upang ipaliwanag ang matataas na punto ng pagkulo at mga partikular na hugis molekular sa mga polar na sangkap. Gamitin ang mga puwersa ng Van der Waals upang ilarawan ang pangkalahatang 'pagkadikit' sa pagitan ng lahat ng mga partikulo, lalo na sa mga non-polar na gas at ang integridad ng istruktura ng malalaking organikong molekula.