แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลโคเวเลนต์

สารโคเวเลนต์ที่อยู่ในอุณหภูมิห้องอาจจะอยู่ในสถานะต่างกันขึ้นอยู่กับแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล (intermolecular force) หรือ แรงแวนเดอร์วาลส์ (van der Waals force)

• สารที่เป็นของแข็งนั้นโมเลกุลจะอยู่ชิดกันมากจนเคลื่อนที่ไม่ได้และมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่าโมเลกุลมาก
• สารที่เป็นของเหลวก็จะมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลน้อยกว่า
• สารที่เป็นแก๊สก็จะมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลน้อยมาก สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลนี้จะมีค่าน้อยมากเมื่อเทียบกับพันธะโคเวเลนต์ เมื่อให้ความร้อนแรงยึดเหนี่ยวเหล่านี้ก็จะถูกทำลายได้

การศึกษาแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลนิยมพิจารณาจากจุดเดือดของสาร แก๊สเฉื่อยและสารโคเวเลนต์ไม่มีขั้วส่วนใหญ่จะมีจุดเดือดต่ำ เนื่องจากมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลน้อย

นอกจากนี้ สารที่มีขนาดโมเลกุลใหญ่ขึ้นยังมีจุดเดือดสูงขึ้นด้วย

แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลขึ้นอยู่กับขนาดโมเลกุลและสภาพขั้วของโมเลกุล

แรงนี้มีหลายชนิดและมีชื่อเรียกต่าง ๆ กัน แรง 3 ชนิดที่สำคัญ คือ

1. แรงแผ่กระจายลอนดอน (London dispersion force)

แรงนี้เกิดขึ้นได้ในทุกอะตอมและโมเลกุล ในช่วงเวลาขณะหนึ่งมีการกระจายตัวของอิเล็กตรอนไม่เท่ากัน จึงก่อให้เกิดขั้วเล็กน้อยในโมเลกุลทำให้เกิดแรงเหนี่ยวนำไปยังโมเลกุลข้างเคียง แรงแผ่กระจายลอนดอนมีค่าสูงขึ้นเมื่อโมเลกุลมีขนาดใหญ่ขึ้นเนื่องจากโมเลกุลขนาดใหญ่สามารถเกิดสภาพขั้วชั่วขณะได้มากกว่า

ตัวอย่างเช่น

โมเลกุลของฮาโลเจน F₂ Cl₂ Br₂ และ I₂ โดย F₂ และ Cl₂ เป็นแก๊สที่อุณหภูมิห้อง Br₂ เป็นของเหลว และ I₂ เป็นของแข็ง

2. แรงระหว่างขั้ว (dipole-dipole force)

ในโมเลกุลมีขั้ว นอกจากแรงแผ่กระจายลอนดอนแล้วยังมีแรงระหว่างขั้วด้วยซึ่งเป็นแรงดึงดูดระหว่างขั้วตรงข้ามของโมเลกุล แรงนี้มีค่าประมาณ 5 kJ ถึง 20 kJ ซึ่งน้อยกว่าพันธะไออนิกหรือโควาเลนต์มากและจะมีผลเมื่อโมเลกุลเข้ามาอยู่ใกล้ ๆ กัน

ตัวอย่างเช่น

แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุล ICl

3. พันธะไฮโดรเจน (hydrogen bond)

พันธะไฮโดรเจนเป็นพันธะระหว่างอะตอมของไฮโดรเจนที่มีพันธะกับอะตอมที่มีค่าอิเล็กโตรเนกาติวิตีสูงกว่ามาก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ไนโตรเจน (N) ออกซิเจน (O) หรือ ฟลูออรีน (F) ซึ่งจะถูกเรียกว่าผู้ให้พันธะไฮโดรเจน (hydrogen bond donor) และอะตอมที่มีค่าอิเล็กโตรเนกาติวิตีสูงอีกอะตอมหนึ่งซึ่งมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว ซึ่งจะถูกเรียกว่าตัวรับพันธะไฮโดรเจน (hydrogen bond acceptor) พันธะไฮโดรเจนจะมีความแข็งแรงกว่าแรงระหว่างขั้วทั่ว ๆ ไปประมาณ 5-10 เท่า สารประกอบไฮโดรเจนที่มีพันธะไฮโดรเจนมักจะมีจุดเดือดสูงกว่าสารประกอบไฮโดรเจนในหมู่เดียวกันที่ไม่มีพันธะไฮโดรเจนและค่าจุดเดือดไม่เป็นไปตามแนวโน้มของขนาดโมเลกุล

ตัวอย่างเช่น

สารที่มีพันธะไฮโดรเจน ได้แก่ HF H₂O NH₃ CH₃OH H₂O₂ HCOOH CH₃NH₂

จุดหลอมเหลว จุดเดือด และการละลายน้ำของสารโคเวเลนต์

แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล มีผลต่อจุดหลอมเหลวและจุดเดือดของของสารโคเวเลนต์ สารที่มีแรงยึดเหนี่ยวสูงก็จะมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูง นอกจากนี้แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลยังมีผลต่อการละลายน้ำของสาร สารโคเวเลนต์ที่ไม่มีขั้วส่วนใหญ่จะไม่ละลายหรือละลายน้ำได้น้อย

เช่น

CCl₄ N₂O₂

ส่วนสารที่มีสภาพขั้วสูงก็จะละลายน้ำได้ โมเลกุลที่เกิดพันธะไฮโดรเจนกับน้ำได้ ก็จะละลายในน้ำได้