Iondipoolkrachten

Iondipoolkrachten zijn elektrostatische interacties tussen een ion en een molecuul met een permanent dipoolmoment. Ze treden op wanneer een geladen ion in de buurt van een polair molecuul komt en het molecuul zich richt zodat de positieve en negatieve kant van het dipool zo gunstig mogelijk reageren op de coulombische lading van het ion. Deze krachten spelen een belangrijke rol in de omgeving van ionen in polaire oplossingen en in biologische systemen.

De interactie ontstaat doordat het veld van het ion het dipool van het polaire molecuul uitlijnt. De mogelijke energie kan worden uitgedrukt als U ≈ - (q μ cos θ) / (4π ε0 r^2), waarbij q de lading van het ion is, μ het dipoolmoment van het molecuul, θ de hoek tussen μ en de lijn ion-molecuul, en r de afstand tussen ion en dipool. Bij alignement met de lijn vermindert de energie, hetgeen stabilisatie oplevert door formatie van een gehydrateerde of gehydrateerde-achtige omgeving.

De sterkte van iondipoolkrachten hangt af van r en van de dipoolmoment van het molecuul. De energie schaaft als 1/r^2 en de bijbehorende kracht als ongeveer 1/r^3. In vloeistoffen wordt rotatie van het molecuul vaak snel aangewakkerd door thermal motion, waardoor de nettoegeving van deze uitlijning afneemt. Desondanks blijven iondipoolkrachten aanzienlijk in water en andere polaire oplosmiddelen.

Iondipoolkrachten verschillen van ion-induceerde-dipoolkrachten: die laatste ontstaan wanneer een ion een niet-polaire molecule tijdelijk polarisert, terwijl iondipoolkrachten uit permanent dipolen komen. Ze vormen samen met andere intermoleculaire krachten een belangrijke factor in oplosbaarheid, hydratie-enthalpie en reactiekinetiek in chemie en biologie.

Voorbeelden zijn natriumionen in water en andere polaire oplosmiddelen, waar de hydratie-omringing sterk door iondipoolkrachten wordt bepaald. Ook in organische polaire oplosmiddelen spelen ze een cruciale rol bij stabilisatie en solvatatie van ionen.