iondipoolinteracties

Ion-dipoolinteracties zijn elektrostatische interacties tussen een ion en een molecuul met een permanent dipoolmoment. Ze komen veel voor in oplossingen waarin ionen en polaire moleculen aanwezig zijn, en spelen een cruciale rol bij solvatatie, hydratie en de structuur van oplossingen.

De interactie ontstaat doordat het-ion zijn elektrostatische veld uitoefent op de gedeeltelijke ladingen die in het dipool van het molecuul verdeeld zijn. Voor een punt-ion met lading q op afstand r en een dipoolmoment mu met oriëntatie theta ten opzichte van de lijn ion-molecuul geldt benaderend: U(r, theta) ≈ - (1 / (4πε0)) * (q mu cos theta) / r^2. Het dipoolmolecuul zal zich in het veld van het ion proberen te oriënteren (cos theta maximaliseren), wat leidt tot een lagere energie. In een oplossing bij finite temperatuur is die oriëntatie echter beperkt door thermal motion, zodat de effectieve aantrekkingskracht vaak kleiner is dan bij perfecte afstemming.

Wat betreft afstand en oriëntatie geldt dat de potentiaal afneemt met ongeveer het kwadraat van de afstand (en de netto sterkte afhankelijk is van de mate van oriëntatie). De interactie is sterker dan ion-induceerde dipool-interacties en blijft langreek; toch is de nauwkeurige kracht afhankelijk van temperatuur, solvent en de grootte van het dipoolmoment.

In chemie en biologie dragen ion-dipoolinteracties bij aan hydratie-energie, ionmobiliteit, binding aan polaire groepen en de structuur van oplossingen. Ze worden vaak meegenomen in theoretische modellen en moleculaire dynamica-simulaties als onderdeel van solvatatie-energie en interagerende netwerken in oplossing.