แรงระหว่างโมเลกุล ( IMF ; หรือแรงรอง ) คือแรงที่ทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลรวมถึงแรงดึงดูดหรือแรงผลักทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่กระทำระหว่างอะตอมและอนุภาคข้างเคียงประเภทอื่นๆ (เช่นอะตอมหรือไอออน ) แรงระหว่างโมเลกุลนั้นอ่อนกว่าแรงภายในโมเลกุลซึ่งเป็นแรงที่ยึดโมเลกุลเข้าด้วยกัน ตัวอย่างเช่นพันธะโคเวเลนต์ซึ่งเกี่ยวข้องกับการแบ่งปันอิเล็กตรอนคู่ระหว่างอะตอมนั้นแข็งแรงกว่าแรงที่เกิดขึ้นระหว่างโมเลกุลข้างเคียงมาก^{[ 1 ]}แรงทั้งสองชุดเป็นส่วนสำคัญของสนามแรงที่ใช้บ่อยในกลศาสตร์ โมเลกุล

การอ้างอิงครั้งแรกเกี่ยวกับธรรมชาติของแรงระดับจุลภาคพบได้ในงานของAlexis Clairaut เรื่อง Théorie de la figure de la Terreซึ่งตีพิมพ์ในปารีสในปี 1743 ^{[ 2 ]} นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ที่มีส่วนร่วมในการตรวจสอบแรง ระดับ จุลภาค ได้แก่Laplace , Gauss , Maxwell , BoltzmannและPauling

แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลสามารถแบ่งออกเป็นประเภทต่างๆ ดังต่อไปนี้:

• พันธะไฮโดรเจน
• แรงไอออน-ไดโพล และแรงไอออนเหนี่ยวนำไดโพล
• พันธะ ไอออนบวก–π , σ–π และ π–π
• แรงแวนเดอร์วาลส์ – แรงคีซอมแรงเดบายและแรงกระจายตัวของลอนดอน
• พันธะแคตไอออน–แคตไอออน
• สะพานเกลือ (โปรตีนและซูเปอร์โมเลคูลาร์)

ข้อมูลเกี่ยวกับแรงระหว่างโมเลกุลได้มาจากการวัดคุณสมบัติในระดับมหภาค เช่นความหนืดความดัน ปริมาตร และอุณหภูมิ (PVT) ส่วนความเชื่อมโยงกับแง่มุมในระดับจุลภาคได้มาจากสัมประสิทธิ์ไวเรียลและศักยภาพคู่ ระหว่างโมเลกุล เช่นศักยภาพของมี ศักยภาพของบัคกิงแฮมหรือศักยภาพของเลนนาร์ด-โจนส์

ในความหมายกว้างที่สุด สามารถเข้าใจได้ว่าเป็นการปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคใดๆ ( โมเลกุลอะตอมไอออนและไอออนโมเลกุล)ซึ่งไม่มีการก่อตัวของพันธะเคมี (เช่น พันธะไอออนิก พันธะโคเวเลนต์ หรือพันธะโลหะ) กล่าวอีกนัยหนึ่ง การปฏิสัมพันธ์เหล่านี้อ่อนกว่า พันธะ โคเวเลน ต์อย่างมาก และไม่นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างอิเล็กตรอนของอนุภาคที่ทำปฏิกิริยา อย่างมีนัยสำคัญ (นี่เป็นความจริงเพียงบางส่วนเท่านั้น ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยา เอนไซม์และปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยา ทั้งหมด เริ่มต้นด้วยปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลที่อ่อนแอระหว่างสารตั้งต้นกับเอนไซม์หรือโมเลกุลกับตัวเร่งปฏิกิริยาแต่ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอหลายอย่างดังกล่าวที่มีการจัดเรียงเชิงพื้นที่ที่จำเป็นของศูนย์กลางการทำงานของเอนไซม์นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างอย่างมีนัยสำคัญในสถานะพลังงานของโมเลกุลหรือสารตั้งต้น ซึ่งทั้งหมดนี้ในที่สุดนำไปสู่การแตกของพันธะเคมีโควาเลนต์บางส่วนและการก่อตัวของพันธะเคมีโควาเลนต์อื่นๆ กล่าวอย่างเคร่งครัดปฏิกิริยาเอนไซม์ ทั้งหมด เริ่มต้นด้วยปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลระหว่างสารตั้งต้นกับเอนไซม์ ดังนั้นความสำคัญของปฏิสัมพันธ์เหล่านี้จึงยิ่งใหญ่เป็นพิเศษใน^{ชีวเคมี}และชีววิทยาโมเลกุล [ ^{3 ]}และเป็นพื้นฐานของเอนไซม์วิทยา )

พันธะไฮโดรเจนหมายถึงแรงดึงดูดระหว่าง อะตอม ไฮโดรเจนที่เชื่อมต่อด้วยพันธะโควาเลนต์กับธาตุที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตี สูง ซึ่งโดยทั่วไปคือไนโตรเจนออกซิเจนหรือฟลูออรีนและอะตอมที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงอีกอะตอมหนึ่ง[ 4 ] พันธะไฮโดรเจนมักถูกอธิบายว่าเป็นปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิตที่แข็งแกร่ง อย่างไรก็ตาม มันยังมีคุณสมบัติบางอย่างของพันธะโควาเลนต์ด้วย เช่น มีทิศทาง แข็งแรงกว่าแรงแวนเดอร์วาลส์ทำให้^{ระยะห่างระหว่าง}อะตอมสั้นกว่าผลรวมของรัศมีแวนเดอร์วาลส์และมักเกี่ยวข้องกับจำนวนคู่ปฏิสัมพันธ์ที่จำกัด ซึ่งสามารถตีความได้ว่าเป็นวาเลนซ์ ชนิด หนึ่ง จำนวนพันธะไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นระหว่างโมเลกุลเท่ากับจำนวนคู่ที่ใช้งานได้ โมเลกุลที่บริจาคไฮโดรเจนเรียกว่าโมเลกุลผู้บริจาค ในขณะที่โมเลกุลที่มีคู่โดดเดี่ยวที่เข้าร่วมในการสร้างพันธะไฮโดรเจนเรียกว่าโมเลกุลผู้รับ จำนวนคู่ที่ใช้งานได้เท่ากับจำนวนร่วมระหว่างจำนวนไฮโดรเจนที่ผู้บริจาคมีและจำนวนคู่โดดเดี่ยวที่ผู้รับมี

แม้ว่าทั้งสองอย่างจะไม่ปรากฏในแผนภาพ แต่โมเลกุลของน้ำมีพันธะที่ใช้งานอยู่สี่พันธะ อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวสองคู่ของอะตอมออกซิเจนจะทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนแต่ละอะตอม ทำให้เกิดพันธะไฮโดรเจนเพิ่มอีกสองพันธะ และอะตอมไฮโดรเจนตัวที่สองยังทำปฏิกิริยากับออกซิเจนที่อยู่ใกล้เคียงอีกด้วย พันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลเป็นสาเหตุที่ทำให้น้ำ มีจุดเดือดสูง (100 °C) เมื่อเทียบกับไฮไดรด์กลุ่มที่ 16 อื่นๆ ซึ่งมีความสามารถในการสร้างพันธะไฮโดรเจนน้อย พันธะไฮโดรเจนภายในโมเลกุลมีส่วนรับผิดชอบต่อ โครงสร้าง ทุติยภูมิตติยภูมิและจตุรภูมิของโปรตีนและกรดนิวคลีอิกนอกจากนี้ยังมีบทบาทสำคัญในโครงสร้างของพอลิเมอร์ทั้งสังเคราะห์และธรรมชาติ^{[ 5 ]}

แรงดึงดูดระหว่างตำแหน่งแคตไอออนิกและแอนไอออนิกเป็นปฏิสัมพันธ์ที่ไม่ใช่พันธะโควาเลนต์หรือปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าการจับคู่ไอออนหรือสะพานเกลือ^{[ 6 ]} โดยพื้นฐานแล้วเกิดจากแรงไฟฟ้าสถิต แม้ว่าในตัวกลางที่เป็นน้ำ การเชื่อมโยงจะถูกขับเคลื่อนด้วยเอนโทรปีและมักจะดูดความร้อน เกลือส่วนใหญ่จะก่อตัวเป็นผลึกที่มีระยะห่างลักษณะเฉพาะระหว่างไอออน ในทางตรงกันข้ามกับปฏิสัมพันธ์ที่ไม่ใช่พันธะโควาเลนต์อื่นๆ สะพานเกลือไม่มีทิศทางและแสดงในสถานะของแข็งโดยทั่วไปเป็นการสัมผัสที่กำหนดโดยรัศมีแวนเดอร์วาลส์ของไอออนเท่านั้น ไอออนอนินทรีย์และอินทรีย์แสดงสะพานเกลือในน้ำที่ความเข้มข้นของไอออนปานกลางในลักษณะที่คล้ายคลึงกัน โดยมีค่า ΔG ประมาณ 5 ถึง 6 kJ/mol สำหรับการรวมกัน 1:1 ของแอนไอออนและแคตไอออน แทบจะไม่ขึ้นอยู่กับลักษณะ (ขนาด ความสามารถในการโพลาไรซ์ ฯลฯ) ของไอออน^{[ 7 ]}ค่า ΔG เป็นแบบบวกและเป็นฟังก์ชันเชิงเส้นโดยประมาณของประจุ ปฏิสัมพันธ์ของไอออนฟอสเฟตที่มีประจุสองเท่ากับไอออนแอมโมเนียมที่มีประจุเดี่ยวคิดเป็นประมาณ 2x5 = 10 kJ/mol ค่า ΔG ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของไอออน I ของสารละลาย ดังที่อธิบายโดยสมการ Debye-Hückel ที่ความเข้มข้นของไอออนเป็นศูนย์จะสังเกตได้ว่า ΔG = 8 kJ/mol

ปฏิสัมพันธ์แบบไดโพล-ไดโพล (หรือปฏิสัมพันธ์แบบคีซอม) คือปฏิสัมพันธ์ทางไฟฟ้าสถิตระหว่างโมเลกุลที่มีไดโพลถาวร ปฏิสัมพันธ์นี้แข็งแรงกว่าแรงลอนดอน แต่เบากว่าปฏิสัมพันธ์แบบไอออน-ไอออน เนื่องจากเกี่ยวข้องเฉพาะประจุบางส่วนเท่านั้น ปฏิสัมพันธ์เหล่านี้มีแนวโน้มที่จะจัดเรียงโมเลกุลเพื่อเพิ่มแรงดึงดูด (ลดพลังงานศักย์ ) ตัวอย่างของปฏิสัมพันธ์แบบไดโพล-ไดโพลสามารถพบได้ในไฮโดรเจนคลอไรด์ (HCl): ปลายบวกของโมเลกุลที่มีขั้วจะดึงดูดปลายลบของโมเลกุลอื่นและส่งผลต่อตำแหน่งของมัน โมเลกุลที่มีขั้วจะมีแรงดึงดูดสุทธิระหว่างกัน ตัวอย่างของโมเลกุลที่มีขั้ว ได้แก่ไฮโดรเจนคลอไรด์ (HCl) และคลอโรฟอร์ม ( _CHCl₃ )

${\displaystyle {\overset {\color {Red}\delta +}{{\ce {H}}}}-{\overset {\color {Red}\delta -}{{\ce {Cl}}}}\cdots {\overset {\color {Red}\delta +}{{\ce {H}}}}-{\overset {\color {Red}\delta -}{{\ce {Cl}}}}}$

โมเลกุลมักประกอบด้วยกลุ่มอะตอมที่มีขั้ว แต่ โดยรวมแล้วโมเลกุลนั้นไม่มีโมเมนต์ไดโพล ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นหากโมเลกุลมีความสมมาตรที่ทำให้ไดโพลหักล้างกันเอง เช่น ใน โมเลกุลเตตระคลอโรมีเทนและคาร์บอนไดออกไซด์ปฏิสัมพันธ์ระหว่างไดโพลกับไดโพลระหว่างอะตอมสองตัวมักเป็นศูนย์ เนื่องจากอะตอมส่วนใหญ่ไม่มีไดโพลถาวร

ปฏิสัมพันธ์ของคีซอมเป็นแรงแวนเดอร์วาลส์ ซึ่งจะกล่าวถึงเพิ่มเติมในหัวข้อ "แรงแวนเดอร์วาลส์"

แรงไอออน-ไดโพลและแรงไอออน-ไดโพลเหนี่ยวนำนั้นคล้ายกับปฏิกิริยาไดโพล-ไดโพลและไดโพล-ไดโพลเหนี่ยวนำ แต่เกี่ยวข้องกับไอออน แทนที่จะเป็นเพียงโมเลกุลที่มีขั้วและไม่มีขั้วเท่านั้น แรงไอออน-ไดโพลและแรงไอออน-ไดโพลเหนี่ยวนำนั้นแข็งแรงกว่าปฏิกิริยาไดโพล-ไดโพล เนื่องจากประจุของไอออนใดๆ มีค่ามากกว่าประจุของโมเมนต์ไดโพลมาก พันธะไอออน-ไดโพลนั้นแข็งแรงกว่าพันธะไฮโดรเจน^{[ 8 ]}

แรงไอออน-ไดโพลประกอบด้วยไอออนและโมเลกุลที่มีขั้วที่ทำปฏิกิริยากัน โดยพวกมันจะเรียงตัวกันเพื่อให้กลุ่มประจุบวกและประจุลบอยู่ติดกัน ทำให้เกิดแรงดึงดูดสูงสุด ตัวอย่างที่สำคัญของปฏิกิริยานี้คือการไฮเดรชั่นของไอออนในน้ำ ซึ่งก่อให้เกิดพลังงานไฮเดรชั่นโมเลกุลของน้ำที่มีขั้วจะล้อมรอบไอออนในน้ำ และพลังงานที่ปล่อยออกมาในระหว่างกระบวนการนี้เรียกว่าพลังงานไฮเดรชั่น ปฏิกิริยานี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการอธิบายความเสถียรของไอออนต่างๆ (เช่น Cu²⁺ ⁾ในน้ำ

แรงไดโพลเหนี่ยวนำไอออนประกอบด้วยไอออนและโมเลกุลที่ไม่มีขั้วที่ทำปฏิกิริยากัน เช่นเดียวกับแรงไดโพลเหนี่ยวนำไดโพล ประจุของไอออนทำให้เกิดการบิดเบือนของกลุ่มอิเล็กตรอนบนโมเลกุลที่ไม่มีขั้ว^{[ 9 ]}

แรงแวนเดอร์วาลส์เกิดขึ้นจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอมหรือโมเลกุลที่ไม่มีประจุ ซึ่งนำไปสู่ปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น การยึดเกาะของเฟสควบแน่นและการดูดซับทางกายภาพของก๊าซ รวมถึงแรงดึงดูดสากลระหว่างวัตถุขนาดใหญ่^{[ 10 ]}

การมีส่วนร่วมครั้งแรกของแรงแวนเดอร์วาลส์เกิดจากปฏิสัมพันธ์ทางไฟฟ้าสถิตระหว่างไดโพลถาวรที่หมุนได้ ควอดรูโพล (โมเลกุลทั้งหมดที่มีสมมาตรต่ำกว่าลูกบาศก์) และมัลติโพล เรียกว่าปฏิสัมพันธ์คีซอมซึ่งตั้งชื่อตามวิลเลม เฮนดริก คีซอม [ ^{11 ] แรง}เหล่านี้มีต้นกำเนิดมาจากแรงดึงดูดระหว่างไดโพลถาวร (โมเลกุลไดโพล) และขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ^{[ 10 ]}

ปฏิสัมพันธ์แบบคีซอม (Keesom interaction) ประกอบด้วยแรงดึงดูดระหว่างไดโพลที่ เฉลี่ยแบบ กลุ่ม (ensemble averaged) ในทิศทางการหมุนที่แตกต่างกันของไดโพล โดยถือว่าโมเลกุลหมุนอยู่ตลอดเวลาและไม่เคยหยุดนิ่ง นี่เป็นสมมติฐานที่ดี แต่ในบางจุดโมเลกุลก็อาจหยุดนิ่งได้ พลังงานของปฏิสัมพันธ์แบบคีซอมขึ้นอยู่กับกำลังผกผันที่หกของระยะทาง ซึ่งแตกต่างจากพลังงานปฏิสัมพันธ์ของไดโพลสองตัวที่ตรึงอยู่กับที่ ซึ่งขึ้นอยู่กับกำลังผกผันที่สามของระยะทาง ปฏิสัมพันธ์แบบคีซอมเกิดขึ้นได้เฉพาะระหว่างโมเลกุลที่มีโมเมนต์ไดโพลถาวร กล่าวคือ โมเลกุลที่มีขั้วสองตัว นอกจากนี้ ปฏิสัมพันธ์แบบคีซอมยังเป็นปฏิสัมพันธ์แบบแวนเดอร์วาลส์ที่อ่อนมากและไม่เกิดขึ้นในสารละลายในน้ำที่มีอิเล็กโทรไลต์ ปฏิสัมพันธ์เฉลี่ยตามมุมแสดงได้ด้วยสมการต่อไปนี้:

${\displaystyle {\frac {-d_{1}^{2}d_{2}^{2}}{24\pi ^{2}\varepsilon _{0}^{2}\varepsilon _{r}^{2}k_{\text{B}}Tr^{6}}}=V,}$

โดยที่d = เส้นผ่านศูนย์กลาง (อะตอม), ε = ค่าสภาพยอมทางไฟฟ้าของสุญญากาศ, ε₀ = ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของวัสดุโดยรอบ, T = อุณหภูมิ, ε₀ = ค่าคงที่ของโบลต์ซมันน์ และr = รัศมีของอะตอม ${\displaystyle \varepsilon _{0}}$${\displaystyle \varepsilon _{r}}$${\displaystyle k_{\text{B}}}$

การมีส่วนร่วมประการที่สองคือการเหนี่ยวนำ (เรียกอีกอย่างว่าการโพลาไรเซชัน) หรือแรงเดบาย ซึ่งเกิดจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างไดโพลถาวรที่หมุนได้ และจากความสามารถในการโพลาไรซ์ของอะตอมและโมเลกุล (ไดโพลเหนี่ยวนำ) ไดโพลเหนี่ยวนำเหล่านี้เกิดขึ้นเมื่อโมเลกุลหนึ่งที่มีไดโพลถาวรผลักอิเล็กตรอนของโมเลกุลอื่น โมเลกุลที่มีไดโพลถาวรสามารถเหนี่ยวนำไดโพลในโมเลกุลข้างเคียงที่คล้ายกันและทำให้เกิดแรงดึงดูดซึ่งกันและกัน แรงเดบายไม่สามารถเกิดขึ้นระหว่างอะตอมได้ แรงระหว่างไดโพลเหนี่ยวนำและไดโพลถาวรไม่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิมากเท่ากับปฏิสัมพันธ์ของคีซอม เนื่องจากไดโพลเหนี่ยวนำสามารถเคลื่อนที่และหมุนรอบโมเลกุลที่มีขั้วได้อย่างอิสระ ผลกระทบการเหนี่ยวนำของเดบายและผลกระทบการวางแนวของคีซอมเรียกว่าปฏิสัมพันธ์แบบโพลา^{[ 10 ]}

แรงไดโพลเหนี่ยวนำเกิดขึ้นจากการเหนี่ยวนำ (เรียกอีกอย่างว่าโพลาไรเซชัน ) ซึ่งเป็นปฏิสัมพันธ์ดึงดูดระหว่างมัลติโพลถาวรบนโมเลกุลหนึ่งกับไดโพลเหนี่ยวนำ (โดยไดโพล/มัลติโพลก่อนหน้า) 31 บนอีกโมเลกุลหนึ่ง^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}ปฏิสัมพันธ์นี้เรียกว่าแรงเดบายซึ่งตั้งชื่อตามปีเตอร์ เจดับบลิว เดบาย

ตัวอย่างหนึ่งของปฏิสัมพันธ์การเหนี่ยวนำระหว่างไดโพลถาวรและไดโพลเหนี่ยวนำคือปฏิสัมพันธ์ระหว่าง HCl และ Ar ในระบบนี้ Ar ประสบกับไดโพลเนื่องจากอิเล็กตรอนของมันถูกดึงดูด (ไปทางด้าน H ของ HCl) หรือถูกผลัก (จากด้าน Cl) โดย HCl ^{[ 12 ] [ 13 ]}ปฏิสัมพันธ์เฉลี่ยเชิงมุมกำหนดโดยสมการต่อไปนี้:

${\displaystyle {\frac {-d_{1}^{2}\alpha _{2}}{16\pi ^{2}\varepsilon _{0}^{2}\varepsilon _{r}^{2}r^{6}}}=V,}$

โดยที่= ค่าสภาพขั้ว ${\displaystyle \alpha _{2}}$

ปฏิสัมพันธ์ประเภทนี้สามารถเกิดขึ้นได้ระหว่างโมเลกุลที่มีขั้วกับโมเลกุลที่ไม่มีขั้ว/สมมาตร แรงเหนี่ยวนำนั้นอ่อนกว่าแรงดึงดูดระหว่างไดโพล แต่แข็งแกร่งกว่าแรงกระจายตัวของลอนดอน

องค์ประกอบที่สามและสำคัญที่สุดคือ แรงกระจายตัวหรือแรงลอนดอน (ไดโพลผันผวน–ไดโพลเหนี่ยวนำ) ซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจากโมเมนต์ไดโพลชั่วขณะที่ไม่เป็นศูนย์ของอะตอมและโมเลกุลทั้งหมด การเหนี่ยวนำโพลาไรเซชันดังกล่าวสามารถเกิดขึ้นได้จากโมเลกุลที่มีขั้วหรือจากการผลักกันของกลุ่มอิเล็กตรอนที่มีประจุลบในโมเลกุลที่ไม่มีขั้ว ดังนั้น ปฏิสัมพันธ์ของลอนดอนจึงเกิดจากการผันผวนแบบสุ่มของความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในกลุ่มอิเล็กตรอน อะตอมที่มีอิเล็กตรอนจำนวนมากจะมีแรงลอนดอนที่เกี่ยวข้องมากกว่าอะตอมที่มีอิเล็กตรอนน้อยกว่า แรงกระจายตัว (ลอนดอน) เป็นองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดเพราะวัสดุทุกชนิดสามารถเกิดโพลาไรเซชันได้ ในขณะที่แรงคีซอมและเดบายต้องการไดโพลถาวร ปฏิสัมพันธ์ของลอนดอนเป็นสากลและมีอยู่ในปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอมกับอะตอมเช่นกัน ด้วยเหตุผลหลายประการ ปฏิสัมพันธ์ของลอนดอน (การกระจายตัว) จึงถูกพิจารณาว่ามีความเกี่ยวข้องกับปฏิสัมพันธ์ระหว่างวัตถุขนาดใหญ่ในระบบควบแน่นHamakerพัฒนาทฤษฎีของแรงแวนเดอร์วาลส์ระหว่างวัตถุขนาดใหญ่ในปี พ.ศ. 2480 และแสดงให้เห็นว่าการรวมกันของปฏิสัมพันธ์เหล่านี้ทำให้มีระยะไกลมากขึ้น^{[ 10 ]}

การเปรียบเทียบนี้เป็นการประมาณ ความแข็งแรงสัมพัทธ์ที่แท้จริงจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับโมเลกุลที่เกี่ยวข้อง ตัวอย่างเช่น การมีอยู่ของน้ำทำให้เกิดปฏิสัมพันธ์ที่แข่งขันกันซึ่งทำให้ความแข็งแรงของพันธะไอออนิกและพันธะไฮโดรเจนอ่อนลงอย่างมาก^{[ 20 ]}เราอาจพิจารณาว่าสำหรับระบบคงที่พันธะไอออนิกและพันธะโคเวเลนต์จะแข็งแรงกว่าแรงระหว่างโมเลกุลในสารใดๆ เสมอ แต่ไม่ใช่เช่นนั้นสำหรับระบบเคลื่อนที่ขนาดใหญ่ เช่น โมเลกุล ของเอนไซม์ ที่ทำ ปฏิกิริยากับโมเลกุลของสารตั้งต้น^{[ 21 ]}ในที่นี้ พันธะภายในโมเลกุลจำนวนมาก (ส่วนใหญ่เป็นพันธะไฮโดรเจน ) ก่อให้เกิดสถานะตัวกลางที่ใช้งานอยู่ ซึ่งพันธะระหว่างโมเลกุลทำให้พันธะโคเวเลนต์ บางส่วนแตกออก ในขณะที่พันธะอื่นๆ ถูกสร้างขึ้น ด้วยวิธีนี้จึงทำให้เกิด ปฏิกิริยาของเอนไซม์นับพันซึ่งมีความสำคัญต่อ สิ่ง มี ชีวิต

แรงระหว่างโมเลกุลเป็นแรงผลักที่ระยะสั้นและเป็นแรงดึงดูดที่ระยะไกล (ดูศักยภาพของเลนนาร์ด-โจนส์ ) ^{[ 1 ] [ 22 ]}ในแก๊ส แรงผลักส่วนใหญ่มีผลในการป้องกันไม่ให้โมเลกุลสองตัวครอบครองปริมาตรเดียวกัน ซึ่งทำให้แก๊สจริงมีแนวโน้มที่จะครอบครองปริมาตรที่ใหญ่กว่าแก๊สในอุดมคติที่อุณหภูมิและความดันเดียวกัน แรงดึงดูดจะดึงโมเลกุลให้เข้าใกล้กันมากขึ้นและทำให้แก๊สจริงมีแนวโน้มที่จะครอบครองปริมาตรที่เล็กกว่าแก๊สในอุดมคติ ปฏิสัมพันธ์ใดมีความสำคัญมากกว่านั้นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดัน (ดูปัจจัยการอัดตัว )

ในสถานะแก๊ส ระยะห่างระหว่างโมเลกุลโดยทั่วไปมีมาก ดังนั้นแรงระหว่างโมเลกุลจึงมีผลเพียงเล็กน้อย แรงดึงดูดไม่ได้ถูกเอาชนะด้วยแรงผลัก แต่ถูกเอาชนะด้วยพลังงานความร้อนของโมเลกุลอุณหภูมิเป็นตัววัดพลังงานความร้อน ดังนั้นการเพิ่มอุณหภูมิจะลดอิทธิพลของแรงดึงดูด ในทางตรงกันข้าม อิทธิพลของแรงผลักแทบจะไม่ได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิเลย

เมื่อแก๊สถูกอัดเพื่อเพิ่มความหนาแน่น อิทธิพลของแรงดึงดูดก็จะเพิ่มขึ้น หากแก๊สมีความหนาแน่นมากพอ แรงดึงดูดก็จะมากพอที่จะเอาชนะแนวโน้มของการเคลื่อนที่เนื่องจากความร้อนที่ทำให้โมเลกุลกระจายตัว จากนั้นแก๊สก็จะควบแน่นกลายเป็นของแข็งหรือของเหลว กล่าวคือ สภาวะควบแน่น อุณหภูมิที่ต่ำกว่าจะเอื้อต่อการเกิดสภาวะควบแน่น ในสภาวะควบแน่นนั้น แรงดึงดูดและแรงผลักจะอยู่ในภาวะสมดุลเกือบจะสมบูรณ์

แรงระหว่างโมเลกุลที่สังเกตได้ระหว่างอะตอมและโมเลกุลสามารถอธิบายได้ในเชิงปรากฏการณ์ว่าเกิดขึ้นระหว่างไดโพลถาวรและไดโพลชั่วขณะ ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น หรืออีกทางหนึ่ง อาจแสวงหาทฤษฎีพื้นฐานที่เป็นเอกภาพที่สามารถอธิบายปฏิสัมพันธ์ประเภทต่างๆ เช่นพันธะไฮโดรเจน^{[ 23 ]}แรงแวนเดอร์วาลส์^{[ 24 ]}และปฏิสัมพันธ์ไดโพล-ไดโพล โดยทั่วไปแล้ว จะทำได้โดยการประยุกต์ใช้แนวคิดของกลศาสตร์ควอนตัมกับโมเลกุล และทฤษฎีการรบกวน ของเรย์ลี-ชโรดิงเกอร์นั้น มีประสิทธิภาพเป็นพิเศษในเรื่องนี้ เมื่อนำไปใช้กับ วิธี การทางเคมีควอนตัม ที่มีอยู่ คำอธิบายทางกลศาสตร์ควอนตัมของปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลดังกล่าวจะให้วิธีการโดยประมาณมากมายที่สามารถใช้ในการวิเคราะห์ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลได้^{[ 25 ]} หนึ่งในวิธีการที่เป็นประโยชน์ที่สุดในการแสดงภาพปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลประเภทนี้ ซึ่งเราสามารถพบได้ในเคมีควอนตัม คือดัชนีปฏิสัมพันธ์ที่ไม่ใช่พันธะโควาเลนต์ซึ่งขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของอิเล็กตรอนของระบบ แรงสลายการชุมนุมในลอนดอนมีบทบาทสำคัญในเรื่องนี้

เกี่ยวกับโทโพโลยีความหนาแน่นอิเล็กตรอน วิธีการล่าสุดที่ใช้การไล่ระดับความหนาแน่นอิเล็กตรอนได้เกิดขึ้นเมื่อไม่นานมานี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับการพัฒนา IBSI (ดัชนีความแข็งแรงของพันธะที่แท้จริง) ^{[ 26 ]}ซึ่งอาศัยวิธีการ IGM (แบบจำลองการไล่ระดับอิสระ) ^{[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ]}