Обясняваме какво представляват силите на Ван дер Ваалс и в кои случаи се проявяват. Също така, защо имат такова име и техните характеристики.
Какви са силите на Ван дер Ваалс?
Известно е като Ван дер Ваалсови сили или Ван дер Ваалсови взаимодействия към определен тип атрактивни или отблъскващи междумолекулни сили, различни от тези, които генерират атомни връзки (йонна, метален или ковалентен тип решетка) или електростатичното привличане между йони и други молекули.
Преди да споменем различните видове сили на Ван дер Ваалс, важно е да разберем какво е химическа полярност. Химическата полярност е свойство на молекулите, които са склонни да разделят електрически заряди в структурата си.Това е свойство, тясно свързано с междумолекулните сили (като тези на Ван дер Ваалс), с разтворимост и с точките на синтез Й кипене. В зависимост от полярността, молекулите могат да бъдат класифицирани в:
- Полярни молекули. Те се образуват от атоми с много различна електроотрицателност. Атомът с най-висока електроотрицателност се привлича електрони на връзката и остава с отрицателна плътност на заряда върху нея. От друга страна, атомът с по-ниска електроотрицателност ще има положителна плътност на заряда върху него. Това разпределение на зарядите накрая ще доведе до образуването на дипол (система от два заряда с противоположен знак и еднаква величина).
- Неполярни молекули. Те са съставени от атоми с еднаква електроотрицателност, така че всички атоми привличат електроните на връзката по един и същи начин.
Фактор, който също определя полярността на молекулата, е молекулярната симетрия. Има молекули, съставени от атоми с различна електроотрицателност, но които не са полярни. Това се случва, защото когато се добавят различните плътности на заряда на частите на молекулата, те се отменят и водят до нулев диполен момент.
И така, силите на Ван дер Ваалс се проявяват по три конкретни начина:
- Привличащи сили на Keesom (дипол-диполни взаимодействия). Те са взаимодействия между полярни молекули, тоест постоянно поляризирани. По този начин тези молекули имат положителен полюс (с положителна плътност на заряда 𝛅 +) и отрицателен полюс (с отрицателна плътност на заряда 𝛅–) и са ориентирани така, че положителният полюс се доближава до отрицателния полюс.
- Привличащи сили на Дебай (постоянни диполно-индуцирани диполни взаимодействия). Те се извършват между полярна молекула и неполярна молекула, но това представлява индуцирана полярност. При този тип взаимодействие диполът индуцира преходен дипол в аполярната молекула.
- Лондонски разсейващи сили (индуциран дипол-индуциран дипол). Те са взаимодействия, които възникват между аполярни молекули. Движението на електроните в тези молекули предизвиква преходни диполи, което причинява известно привличане между тях. Те са много слаби взаимодействия.
Всички тези междумолекулни сили са известни като сили на Ван дер Ваалс, име, което отдава почит на холандския физик Йоханес Дидерик ван дер Ваалс (1837-1923), първият, който предложи техните ефекти в уравненията за състояние на газ (известни като уравнението на Ван дер Ваалс) през 1873 г. За това откритие той е удостоен с Нобелова награда по физика през 1910 г.
Характеристики на силите на Ван дер Ваалс
Силите на Ван дер Ваалс нарастват с дължината на неполярния край на веществото.
Силите на Ван дер Ваалс като цяло са слаби в сравнение с химически връзки обикновени, което не им пречи да бъдат основни за различни области на физически, на биология и инженерство. Благодаря им много химични съединения може да се дефинира.
Силите на Ван дер Ваалс нарастват с дължина на неполярния край на a вещество, тъй като те са причинени от корелации между флуктуиращите поляризации между атоми, молекули или близки повърхности, следствие от квантовата динамика.
Те показват анизотропия, тоест свойствата им варират в зависимост от ориентацията на молекулите: често зависи от това дали са привлекателни или отблъскващи.
Тези сили са най-слабите, които възникват между молекулите в природата: Само 0,1 до 35 kJ / mol енергия са необходими за преодоляването им. Те обаче са от решаващо значение за формирането на протеин.