Liên kết hydrogen và tương tác van der Waals

Liên kết hydrogen thường hình thành khi có đủ hai điều kiện: 1. H liên kết cộng hóa trị trực tiếp với nguyên tử có độ âm điện lớn như F, O hoặc N, làm H mang điện tích riêng phần dương; 2. H đó hút cặp electron chưa liên kết trên F, O hoặc N của phân tử khác hoặc của phần khác trong cùng phân tử. Liên kết hydrogen thường được biểu diễn bằng dấu ba chấm, ví dụ $\mathrm{O-H\cdots O}$.

Liên kết hydrogen làm lực hút giữa các phân tử nước mạnh hơn, vì vậy nước có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao bất thường so với H₂S và CH₄. Trong nước đá, mỗi phân tử H₂O có thể tạo bốn liên kết hydrogen với các phân tử lân cận, hình thành cấu trúc tứ diện khá rỗng. Vì vậy nước đá có khối lượng riêng nhỏ hơn nước lỏng và nổi trên mặt nước. Liên kết hydrogen còn góp phần tạo sức căng bề mặt lớn của nước và ổn định cấu trúc của protein, carbohydrate, nucleic acid.

Chuyển động của electron có thể làm phân bố điện tích tức thời không đều, tạo lưỡng cực tạm thời. Lưỡng cực này gây ra lưỡng cực ở hạt bên cạnh; các đầu trái dấu hút nhau. **Tương tác van der Waals** là tương tác tĩnh điện lưỡng cực–lưỡng cực giữa các nguyên tử hoặc phân tử. Tương tác này có ở cả hạt phân cực và không phân cực, thường tăng khi đám mây electron lớn và dễ bị phân cực hơn.

Từ F₂ đến I₂, số electron và kích thước đám mây electron tăng. Đám mây electron dễ bị phân cực hơn nên tương tác van der Waals giữa các phân tử mạnh dần. Vì vậy, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi nhìn chung tăng từ F₂ đến I₂. Ở điều kiện thường, F₂ và Cl₂ là khí, Br₂ là chất lỏng, I₂ là chất rắn.