Dipólus-dipólus kölcsönhatás

A dipólus-dipólus kölcsönhatás (más néven orientációs kölcsönhatás, illetve Keesom-erő) két állandó dipólussal rendelkező, azaz poláris molekula között fellépő másodrendű kémiai kötés, a van der Waals-kölcsönhatások egyike. A dipólusok elektromos tere közötti elektrosztatikus kölcsönhatás hozza létre, oly módon, hogy az egyik dipólus (d₁) negatív pólusa vonzó elektrosztatikus kölcsönhatásba lép a másik dipólus (d₂) pozitív pólusával. Példák: HCl, SH₂, SO₂. A kötés energiája (E_kötés) a távolság (kötéshossz, r) köbével fordítottan arányos. A kötés energiája az orientációtól, a dipólusvektorok által bezárt szögektől is függ; itt három szöget lehet megkülönböztetni: a két molekula középpontját összekötő szakasz ("kötés") és az egyes dipólusok által bezárt egy-egy szöget (𝜃₁ és 𝜃₂), illetve a két dipólusvektor által bezárt diéderszöget (𝜙). A kötés energiája végül függ a dipólusok nagyságától is, azokkal egyenesen arányos:

$E_{\text{kötés}}=-{\frac {d_{1}d_{2}}{4\pi \varepsilon _{0}\varepsilon _{r}r^{3}}}[2cos(\theta _{1})cos(\theta _{2})-sin(\theta _{1})sin(\theta _{2})cos(\phi )]$

ahol 𝜀₀ a vákuum abszolút permittivitása, 𝜀_r a közeg relatív permittivitása. A kölcsönhatási energia akkor lesz a legnagyobb, ha a két dipólus pontosan az ellentétes töltéseit mutatja egymás felé, azaz a diéderszög (𝜙) értéke nulla, valamint 𝜃₁ = 0, és 𝜃₂ = 0. Az energia ekkor:

$E_{\text{kötés}}=-2{\frac {d_{1}d_{2}}{4\pi \varepsilon _{0}\varepsilon _{r}r^{3}}}$

Ha a kötési energia lényegesen kisebb, mint a k_BT termikus energia (ami általában teljesül), akkor a hőmozgás könnyen elforgatja a molekulákat (dipólusokat) egymáshoz képest, így egy átlagos, a különféle véletlen szögállások átlagát figyelembe vevő kölcsönhatási energiával számolt érték jobban reprezentálja a valós folyamatokat:

$E_{\text{kötés}}=-{\frac {2}{3}}{\frac {1}{k_{B}T}}\left({\frac {d_{1}d_{2}}{4\pi \varepsilon _{0}\varepsilon _{r}r^{3}}}\right)^{2}$

vagyis a gyakorlatban dipólus-dipólus kölcsönhatás esetén 1/r⁶ távolságfüggéssel számolnak.

Források

• https://ethz.ch/content/dam/ethz/special-interest/chab/icb/shih-lab-dam/documents/IEM-lecture/Lecture_2024/Notes_2024/Lecture_9_2024.pdf
• https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/keesom-interaction
• Másodrendű kötések tulajdonságai. (Hozzáférés: 2019. július 4.)
• Dr. Rózsahegyi Márta, dr. Siposné dr. Kedves Éva, Horváth Balázs: Kémia 11-12 - Közép- és emelt szintű érettségire készülőknek