極性分子與極性分子之間,取向力、誘導力、色散力都存在;極性分子與非極性分子之間,則存在誘導力和色散力;非極性分子與非極性分子之間,則只存在色散力。這三種類型的力的比例大小,決定于相互作用分子的極性和變形性。極性越大,取向力的作用越重要;變形性越大,色散力就越重要;誘導力則與這兩種因素都有關。但對大多數分子來說,色散力是主要的。實驗證明,對大多數分子來說,色散力是主要的;只有偶極矩很大的分子(如水),取向力才是主要的;而誘導力通常是很小的。極化率α反映分子中的電子云是否容易變形。雖然范德華力只有0.4—4.0kJ/mol,但是在大量大分子間的相互作用則會變得十分穩固。比如C—H 在苯中范德華力有7 kJ/mol,而在溶菌酶和糖結合底物范德華力卻有60kJ/mol,范德華力具有加和性。
分子作用力、鹽鍵(離子鍵)、共價鍵都是靜電引力為什么差距這么大?
所以真正關鍵詞是“距離”,我們可以把分子作用力、離子鍵放在一起考慮。
作用類型 | 能量和距離關系 |
荷電基團靜電作用 | 1/r |
離子—偶極子 | 1/r2 |
離子—誘導偶極 | 1/r4 |
偶極子—偶極子 | 1/r6取向力化學 |
偶極子—誘導偶極子 | 1/r6誘導力 |
誘導偶極子-誘導偶極子 | 1/r6色散力 |
非鍵排斥 | 1/r12—1/r6 |
在中學里學過離子鍵,以及NaCl、CsCl、CaF2、立方ZnS、六方ZnS、金紅石TiO2 這六種典型化合物的晶體構型,是強作用力。
ATP 和鎂離子相互作用
在生物學中重點是了解有機分子的離子相互作用。有機分子形成的離子,電負性差異沒有那么大,相互作用不像這些典型的離子化合物離子鍵這樣大,所以就稱為離子相互作用;但他們的共同點都是靠靜電引力做形成的。
NaCl、CsCl、CaF2、立方ZnS、六方ZnS、金紅石TiO2 這六種典型化合物的晶體構型其離子鍵能量是和距離一次方成反比,Mg2+和ATP 的相互作用,氨基酸兩性離子間的相互作用。離子—偶極子是隨距離二次方而減小,離子—誘導偶極子是隨距離4次方而減小。所以生物分子中的離子相互作用(也稱鹽鍵)是弱相互作用,是隨1/r2—1/r4 而減小。
而范德華力包括引力和斥力,引力和距離的6次方成反比,排斥力與距離的12次方成反比。他們都是靜電力在不同層次的涌現。