Vi forklarer hva Van der Waals-krefter er og i hvilke tilfeller de manifesterer seg. Også, hvorfor har de et slikt navn og deres egenskaper.
Hva er Van der Waals-styrkene?
Det er kjent som Van der Waals-krefter eller Van der Waals-interaksjoner til en viss type attraktive eller frastøtende intermolekylære krefter, forskjellige fra de som genererer atombindinger (ionisk, metallisk eller kovalent gittertype) eller den elektrostatiske tiltrekningen mellom ioner og andre molekyler.
Før du nevner de forskjellige typene Van der Waals-krefter, er det viktig å forstå hva kjemisk polaritet er. Kjemisk polaritet er en egenskap til molekyler som har en tendens til å skille elektriske ladninger i strukturen.Det er en egenskap som er nært knyttet til intermolekylære krefter (som de til Van der Waals), med løselighet og med poengene til fusjon Y kokende. Avhengig av polariteten kan molekylene klassifiseres i:
- Polare molekyler. De er dannet av atomer med svært forskjellig elektronegativitet. Atomet med høyest elektronegativitet tiltrekker seg elektroner av bindingen og sitter igjen med en negativ ladningstetthet på seg. På den annen side vil atomet med lavere elektronegativitet ha en positiv ladningstetthet på seg. Denne fordelingen av ladninger vil til slutt føre til dannelsen av en dipol (system med to ladninger med motsatt fortegn og lik størrelse).
- Ikke-polare molekyler. De er bygd opp av atomer med lik elektronegativitet, så alle atomer tiltrekker seg elektronene i bindingen på samme måte.
En faktor som også bestemmer polariteten til et molekyl er molekylær symmetri. Det finnes molekyler som består av atomer med ulik elektronegativitet, men som ikke er polare. Dette skjer fordi når de forskjellige ladningstetthetene til delene av molekylet legges til, kansellerer de ut og resulterer i et null dipolmoment.
Så kreftene til Van der Waals manifesterer seg på tre spesielle måter:
- Keesom-attraksjonskrefter (dipol-dipol-interaksjoner). De er interaksjoner mellom polare molekyler, det vil si permanent polariserte. Dermed har disse molekylene en positiv pol (med positiv ladningstetthet 𝛅 +) og en negativ pol (med negativ ladningstetthet 𝛅–), og de er orientert slik at den positive polen nærmer seg den negative polen.
- Debye attraktive krefter (permanente dipol-induserte dipolinteraksjoner). De finner sted mellom et polart molekyl og et apolart, men det presenterer en indusert polaritet. I denne typen interaksjon induserer dipolen en forbigående dipol i det apolare molekylet.
- London-spredningskrefter (indusert dipol-indusert dipol). De er interaksjoner som oppstår mellom apolare molekyler. Bevegelsen av elektroner i disse molekylene induserer forbigående dipoler, noe som forårsaker en viss tiltrekning mellom dem. De er veldig svake interaksjoner.
Alle disse intermolekylære kreftene er kjent som Van der Waals-krefter, et navn som hyller den nederlandske fysikeren Johannes Diderik van der Waals (1837-1923), den første som foreslo deres virkninger i tilstandsligningene til en gass (kjent som Van der Waals Equation) i 1873. For dette funnet ble han tildelt Nobelprisen i fysikk i 1910.
Kjennetegn ved Van der Waals-styrkene
Van der Waals-krefter vokser med lengden på den ikke-polare enden av et stoff.
Van der Waals-styrker er generelt svake sammenligning med kjemiske koblinger ordinære, noe som ikke hindrer dem i å være grunnleggende for ulike felt av fysisk, den biologi og ingeniørfag. Takk til dem mange kjemiske forbindelser kan defineres.
Van der Waals' styrker vokser med lengde av den ikke-polare enden av en substans, siden de er forårsaket av korrelasjoner mellom fluktuerende polarisasjoner mellom atomer, molekyler eller nærliggende overflater, en konsekvens av kvantedynamikk.
De viser anisotropi, det vil si at egenskapene deres varierer avhengig av orienteringen til molekylene: det avhenger ofte av om de er attraktive eller frastøtende.
Disse kreftene er de svakeste som oppstår mellom molekyler i natur: Bare 0,1 til 35 kJ / mol energi er nødvendig for å overvinne dem. De er imidlertid avgjørende for dannelsen av protein.