Een aantrekkingskracht tussen twee moleculen heet cohesie of molecuulbinding. Er zijn drie soorten cohesie: vanderwaalsbindingen, dipool-dipoolbinding en waterstofbrug.
Vanderwaalsbinding
De vanderwaalsbinding of vanderwaalskracht is een aantrekkingskracht tussen twee deeltjes die altijd aanwezig is, ook als er daarnaast
bijvoorbeeld nog een waterstofbrug is. Bij neutrale, apolaire deeltjes als CO2 is het de enige aantrekkingskracht tussen de deeltjes. De vanderwaalsbinding is een relatief zwakke binding. Hoe groter de moleculen zijn, des te sterker is de vanderwaalsbinding.
Dipool-dipoolbinding
Een andere binding is de dipool-dipoolbinding, een binding tussen twee dipolen. Het d+ deel van het ene dipool bindt aan het d– deel van een andere dipool. Dipool-dipoolbindingen zijn vaak sterker dan vanderwaalsbindingen. Hierdoor hebben stoffen die uit dipolen bestaan vaak een hoger smelt- en kookpunt dan vergelijkbare stoffen die niet uit dipolen bestaan.
Waterstofbrug
De sterkste intermoleculaire binding is de waterstofbrug, waterstofbinding, H-brug of H-binding (vier namen voor hetzelfde begrip).
Voor de waterstofbrug is enerzijds een waterstofatoom nodig dat gebonden is aan een N-, een O- of een F-atoom. Anderzijds is er een "vrije kant" nodig van een N-, O- of F-atoom. Deze vrije kant is d– geladen, het H-atoom is d+ en er zal een aantrekkingskracht zijn. Deze aantrekkingskracht is sterker dan bij een gewone dipool. (De reden is onder andere dat N-, O- en F-atomen vrij klein en zeer elektronegatief zijn.)
Hoewel de waterstofbrug vrij sterk is in vergelijking met de Vanderwaals-Londonkracht en dipoolbinding, is hij in water nog ongeveer 20 keer zo zwak als de atoombinding tussen H en O. Het kristalrooster van ijs wordt bijeengehouden door waterstofbruggen.
Stoffen die waterstofbruggen kunnen vormen, zullen goed in water oplossen. Zo is ammoniak (NH3) bij 0 °C een gas. Bij deze temperatuur kan er in een liter water 1 176 liter gasvormig ammoniak oplossen. Een oplossing van ammoniak in water heet ammonia.
Vaste stoffen hebben soms een regelmatige rangschikking van deeltjes, het kristalrooster. De vaste stof is dan opgebouwd uit, veelal mooie, kristallen. Als er tussen de deeltjes van de vaste stof alleen vanderwaalsbindingen, dipooldipoolbindingen en/of waterstofbruggen zitten, heet het kristalrooster een molecuulrooster.
Meestal zijn de deeltjes in een molecuulrooster moleculen, maar dat hoeft niet. Als de edelgassen sterk zijn afgekoeld, is de enige aantrekking tussen de atomen de vanderwaalsbidning. Vandaar dat edelgassen in vaste toestand een molecuulrooster vormen. Je zou kunnen zeggen dat edelgassen moleculen hebben die bestaan uit één atoom.
Opdracht (W16) werkblad
- Schets het optreden van waterstofbruggen tussen minimaal vier moleculen ethanol (alcohol, CH3-CH2-OH).
Bedenk welk model je het beste kunt gebruiken: een structuurformule, een tekening met moleculen die zo goed mogelijk lijken, of misschien nog iets anders. - Kunnen er waterstofbruggen voorkomen tussen moleculen water en methaan (CH4)?
Zo ja, teken een aantal.
Zo nee, waarom niet?
Verklaar of methaan al dan niet goed in water zal oplossen.