جاذبه بین‌مولکولی: نیروی کشش بین مولکول‌ها که بر حلالیت و همگن شدن مواد اثر می‌گذارد.

جاذبه بین‌مولکولی: نیروهای نامرئیِ گیتیِ ماده

ماهیت نیروهای بین‌مولکولی

مولکول‌ها ذرات بسیار ریزی هستند که هر ماده‌ای از آنها ساخته شده است. درون هر مولکول، اتم‌ها توسط پیوندهای کووالانسی قوی به هم وصل شده‌اند. اما بین خود مولکول‌ها نیز نیروهای جاذبه‌ای وجود دارد که البته بسیار ضعیف‌تر از پیوندهای درون مولکولی است. این همان جاذبه بین‌مولکولی است. تصور کنید دانش‌آموزان یک کلاس، هر کدام یک تیم ورزشی قوی و منسجم (مثل یک مولکول) هستند. پیوند بین اعضای هر تیم بسیار قوی است (پیوند کووالانسی). اما بین تیم‌های مختلف نیز ممکن است دوستی، رقابت یا تعامل‌های سطحی وجود داشته باشد (نیروهای بین‌مولکولی). این تعامل‌های سطحی اگرچه قوی نیستند، اما بر روحیه کلی کلاس و نحوه کنار هم قرار گرفتن تیم‌ها تأثیر می‌گذارند.

قدرت این نیروها مستقیماً بر نقطه جوش و ذوب مواد تأثیر می‌گذارد. هرچه نیروی بین‌مولکولی قوی‌تر باشد، نیاز به انرژی گرمایی بیشتری برای جدا کردن مولکول‌ها و تبدیل ماده از حالت جامد به مایع یا از مایع به گاز داریم. به همین دلیل است که نقطه جوش آب (100 درجه سانتی‌گراد) از نقطه جوش متانول (65 درجه) بیشتر است.

انواع نیروهای بین‌مولکولی از ضعیف تا قوی

این نیروها را می‌توان بر اساس قدرت و ماهیت، به سه دسته اصلی طبقه‌بندی کرد. ترتیب قدرت آن‌ها معمولاً به این صورت است: پیوند هیدروژنی > برهم‌کنش دوقطبی-دوقطبی > نیروهای پراکندگی لاندن.

یک مقایسه جالب: نقطه جوش ترکیب‌های هیدروژنی گروه 14، 15، 16 و 17 را در نظر بگیرید. در هر گروه با افزایش اندازه مولکول، نیروهای لاندن قوی‌تر شده و نقطه جوش بالا می‌رود. اما ترکیب‌های NH₃، H₂O و HF به دلیل تشکیل پیوند هیدروژنی قوی، نقطه جوش به طرز چشمگیری بالاتری نسبت به هم‌گروهی‌های خود دارند.

نقش جاذبه بین‌مولکولی در حلالیت و یکنواختی

وقتی می‌خواهیم ماده‌ای (ماده حل‌شونده) را در یک مایع (حلال) حل کنیم، باید پیوندهای بین‌مولکولی در هر دو ماده تا حدی شکسته شده و پیوندهای جدیدی بین مولکول‌های حل‌شونده و حلال تشکیل شود. اگر نیروهای جاذبه بین مولکول‌های حل‌شونده و حلال، مشابه یا قوی‌تر از نیروهای درون هر کدام باشد، حل شدن به راحتی اتفاق می‌افتد و یک محلول همگن (یکنواخت) ایجاد می‌شود.

مثال ۱ (حل شدن شکر در چای): مولکول‌های شکر (ساکارز) قطبی هستند و گروه‌های OH- زیادی دارند. مولکول‌های آب نیز قطبی و قادر به تشکیل پیوند هیدروژنی هستند. بنابراین، هنگامی که شکر را در چای داغ (عمدتاً آب) می‌ریزیم، مولکول‌های آب با قدرت زیادی جذب مولکول‌های شکر می‌شوند، نیروهای بین‌مولکولی بین شکرها را می‌شکنند و آنها را احاطه می‌کنند. به این عمل هیدراته شدن¹¹ می‌گویند و نتیجه آن یک محلول کاملاً همگن شیرین است.

مثال ۲ (عدم اختلاط روغن و آب): مولکول‌های روغن (مانند روغن زیتون) عموماً غیرقطبی و بلند هستند. نیروی غالب بین آنها، نیروی ضعیف لاندن است. اما مولکول‌های آب قطبی هستند و پیوند هیدروژنی قوی بین آنها برقرار است. وقتی روغن و آب را مخلوط می‌کنیم، مولکول‌های آب ترجیح می‌دهند با نیروی قوی‌تر به یکدیگر بچسبند و مولکول‌های غیرقطبی روغن را بیرون برانند (طبق قاعده شبیه، شبیه را حل می‌کند). به همین دلیل، روغن و آب جدا می‌مانند و یک مخلوط ناهمگن (معمولاً با روغن در بالا) تشکیل می‌دهند.

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

پاورقی

¹ Intermolecular Forces (IMF)
² Solubility
³ Hydrogen Bonding
⁴ Dipole-Dipole Interactions
⁵ London Dispersion Forces (LDF)
⁶ Like Dissolves Like
⁷ Instantaneous Dipole
⁸ Polar Molecule: مولکولی که توزیع نابرابر بار دارد و یک سر آن کمی مثبت و سر دیگر کمی منفی است.
⁹ Electronegativity: تمایل نسبی یک اتم برای جذب الکترون‌های پیوندی به سوی خود.
¹⁰ Surface Tension (کشش سطحی)
¹¹ Hydration: احاطه شدن یون‌ها یا مولکول‌های حل‌شونده توسط مولکول‌های حلال (معمولاً آب).
¹² Latent Heat of Vaporization: گرمای لازم برای تبخیر یک مایع در نقطه جوش، بدون تغییر دما.