Pomiędzy cząsteczkami działają siły przyciągania i odpychania. Nazwano je oddziaływaniami międzycząsteczkowymioddziaływanie międzycząsteczkoweoddziaływaniami międzycząsteczkowymi. Wpływają one znacząco na właściwości substancji, w których występują (np. na temperaturę wrzenia i topnienia, stan skupienia, gęstość). Jednym z przykładów takiego oddziaływania jest oddziaływanie dipol–dipoloddziaływanie dipol‑dipoloddziaływanie dipol–dipol, które występuje w cząsteczkach polarnych. Posiadają one ładunek cząstkowy (dodatni oraz ujemny), skoncentrowany w konkretnym obszarze związku chemicznego. Ponadto takie cząsteczki polarne charakteryzują się również stałym, elektrycznym momentem dipolowym. Ich bieguny (ładunki cząstkowe) decydują o orientacji w przestrzeni względem innych cząsteczek. Oddziaływanie dipol–dipol polega więc na elektrostatycznym przyciąganiu się przeciwnie naładowanych biegunów cząsteczek.

Dipol elektrycznydipol elektrycznyDipol elektryczny jest układem dwóch ładunków o równych wartościach i przeciwnych znakach, znajdujących się od siebie w pewnej odległości.

R7QmDU7QKO0Ub

Rys. 1. Rysunek przedstawia dipol elektryczny składający się z ładunku dodatniego, przedstawionego w postaci czerwonego koła z czarnym znakiem plus, po stronie lewej, oznaczonego znakiem plus i małą literą q oraz z ładunku ujemnego, przedstawionego w postaci niebieskiego koła z czarnym znakiem minus, po stronie prawej, oznaczonego znakiem minus i małą literą q. Ładunki połączono dodatkowym, szarym odcinkiem i oznaczono małą literą l.

RXRUGgrjhwhSx

Ilustracja przedstawiające powierzchnie ekwipotencjalne reprezentowane przez linie w dipolu elektrycznym. Na osie $X$ i $Y$ naniesione są linie tworzące zmniejszające się w kierunku początku układu współrzędnych ósemki wzdłuż osi $X$ oraz osi $Y$.

Dipol jest więc układem elektrycznie obojętnym, tzn. jego ładunek wypadkowy jest zerowy, ponieważ dodatni ładunek równoważony jest ładunek ujemny. Pomimo tej elektrycznej neutralności, dipol oddziałuje z polem elektrycznym. Jeśli dipol znajdzie się w polu elektrycznym, to na ogół dozna on obrotu.

Rsut0dG1mXObG

Rys. 2. Rysunek przedstawia dipol elektryczny składający się z ładunku dodatniego, przedstawionego w postaci czerwonego koła z czarnym znakiem plus, po stronie prawej u góry, oznaczonego znakiem plus oraz z ładunku ujemnego, przedstawionego w postaci niebieskiego koła z czarnym znakiem minus, po stronie lewej u dołu. Ładunki połączono dodatkowym, szarym odcinkiem i oznaczono małą literą . Przez środek dipola poziomo poprowadzono przerywaną czarną linię. Kąt nachylenia dipola względem tej linii wynosi kąt alfa. Od środka dipola do ładunku dodatniego poprowadzono wektor położenia opisany małą, czarną literą r ze znaczkiem wektora ponad nią. Wektor natężenia pola elektrycznego narysowano w postaci poziomego wektora, skierowanego w prawo, oznaczonego wielką, czarną literą E z indeksem dolnym z i ze znaczkiem wektora ponad nią. Na ładunek dodatni działa siła skierowana poziomo w prawo i jest oznaczona wielką, czarną literą F z indeksem dolnym plus i znaczkiem wektora ponad nią. Na ładunek ujemny działa siła skierowana poziomo w prawo i jest oznaczona wielką, czarną literą F z indeksem dolnym minus i znaczkiem wektora ponad nią.

Do dipoli zalicza się wiele cząsteczekcząsteczka polarnacząsteczek z wiązaniem kowalencyjnym spolaryzowanym. Przykładami mogą być: $\text{HF}$, $\text{HCl}$, $\text{HBr}$, $\text{HI}$. Po stronie atomu wodoru znajduje się dodatni biegun dipola, a po stronie atomu fluorowca – ujemny. Takie substancje określa się jako polarne.

Jednak nie wszystkie cząsteczki, w których występuje wiązanie spolaryzowane, są dipolami. 

RxXfmpZkPRR6P

Rys. 3. Rysunek przedstawia dipol elektryczny składający się z ładunku dodatniego, przedstawionego w postaci czerwonego koła z czarnym znakiem plus, po stronie prawej, oznaczonego znakiem plus i małą literą q oraz z ładunku ujemnego, przedstawionego w postaci niebieskiego koła z czarnym znakiem minus, po stronie lewej, oznaczonego znakiem minus i małą literą q. Ładunki połączono dodatkowym, czarnym wektorem skierowanym od ładunku ujemnego do dodatniego oznaczonego czarną, małą literą l ze znaczkiem wektora ponad nią.

Moment dipolowymoment dipolowyMoment dipolowy jest wektorem, zdefiniowanym jako iloczyn ładunku $q$ i wektora łączącego ładunek ujemny z dodatnim:

Moment dipolowy cząsteczki jest sumą wektorów momentów dipolowych poszczególnych wiązań w cząsteczce. Jeśli poszczególne momenty dipolowe wiązań znoszą się wzajemnie, to cząsteczka nie posiada wcale momentu dipolowego. Przykładem jest trójatomowa, liniowa cząsteczka ${\text{CO}}_2$. Każde wiązanie $\text{C}—\text{O}$ jest polarne, jednak eksperymenty pokazują, że cząsteczka tlenku węgla($\text{IV}$) nie posiada momentu dipolowego. Dzieje się tak, ponieważ dwa dipole wiązania $\text{C}—\text{O}$, równe pod względem wielkości oraz zorientowane względem siebie pod kątem $180°$, znoszą się wzajemnie. Zerowy moment dipolowy występuje również w cząsteczce czteroatomowej – ${\text{BF}}_3$ czy tetraedrycznej ${\text{CCl}}_4$.

Cząsteczka o kształcie piramidy, np. amoniak, jest dipolem, ponieważ na atomie azotu, w miejscu występowania wolnej pary elektronowej, jest większa gęstość ładunku ujemnego niż po stronie atomów wodoru.

Silniejszy charakter dipolowy posiadają cząsteczki wody, ponieważ wiązanie $\text{O}—\text{H}$ jest bardziej spolaryzowane niż wiązanie $\text{N}—\text{H}$. Dodatkowo atom tlenu posiada dwie wolne pary elektronowe.

Ładunki elektryczne o przeciwnych znakach przyciągają się, a o takich samych odpychają, dlatego także dipole mogą się przyciągać lub odpychać, w zależności od wzajemnej orientacji. Bardziej korzystne energetycznie jest przyciąganie, dlatego cząsteczki będące dipolami ustawiają się właśnie w taki sposób. Jest to oddziaływanie dipol–dipol.

R1UJk6pl9bk6A

Ilustracja przedstawiająca korzystne energetycznie ułożenie dwóch par dipoli symbolizowanych przez eliptyczne struktury z biegunami ujemnymi delta minus i dodatnimi delta plus. To znaczy w taki sposób, że czołowo skierowane do siebie są bieguny dodatnie i ujemne, zaś bocznie biegun ujemny znajduje się obok dodatniego.

Ciecze, w których występuje silne oddziaływanie międzycząsteczkowe, posiadają duże entalpie parowania oraz wysokie temperatury wrzenia. Dzięki znajomości tej temperatury można uzyskać informacje o względnej sile oddziaływań międzycząsteczkowych.

Substancje polarne są dobrymi rozpuszczalnikami dla innych substancji polarnych (zgodnie z zasadą „podobne rozpuszcza się w podobnym”). Na przykład woda stanowi dobry rozpuszczalnik dla amoniaku.

Oddziaływania dipol–dipol występują pomiędzy grupami polarnymi w białkach, stabilizując ich trzeciorzędową strukturę. Grupy polarne, zawarte w białku, mogą tworzyć oddziaływania dipol–dipol.