Objašnjavamo što su Van der Waalsove sile i u kojim slučajevima se manifestiraju. Također, zašto imaju takav naziv i njihove karakteristike.
Što su Van der Waalsove sile?
Poznato je kao Van der Waalsove sile ili Van der Waalsove interakcije na određenu vrstu privlačnih ili odbojnih međumolekularnih sila, različitih od onih koje stvaraju atomske veze (ionski, metalik ili kovalentna rešetkastog tipa) ili elektrostatičke privlačnosti između ioni i drugi molekule.
Prije nego što spomenemo različite vrste Van der Waalsovih sila, važno je razumjeti što je kemijski polaritet. Kemijski polaritet je svojstvo molekula koje imaju tendenciju razdvajanja električnih naboja u svojoj strukturi.To je svojstvo usko povezano s međumolekularnim silama (kao što su one Van der Waalsove), s topljivost i s točkama od fuzije Y ključanje. Ovisno o polaritetu, molekule se mogu podijeliti na:
- Polarne molekule. Nastaju od atoma s vrlo različitom elektronegativnošću. Atom s najvećom elektronegativnošću privlači elektrona veze i ostaje s negativnom gustoćom naboja na njoj. S druge strane, atom s nižom elektronegativnošću će na sebi imati pozitivnu gustoću naboja. Ovakva raspodjela naboja će konačno dovesti do formiranja dipola (sustava dvaju naboja suprotnog predznaka i jednake veličine).
- Nepolarne molekule. Sastoje se od atoma jednake elektronegativnosti, pa svi atomi privlače elektrone veze na isti način.
Čimbenik koji također određuje polaritet molekule je molekularna simetrija. Postoje molekule sastavljene od atoma različite elektronegativnosti, ali koji nisu polarni. To se događa jer kada se dodaju različite gustoće naboja dijelova molekule, one se poništavaju i rezultiraju nultim dipolnim momentom.
Dakle, Van der Waalsove se sile manifestiraju na tri posebna načina:
- Keesom privlačne sile (dipol-dipol interakcije). To su interakcije između polarnih molekula, odnosno trajno polarizirane. Dakle, ove molekule imaju pozitivan pol (s pozitivnom gustoćom naboja 𝛅 +) i negativni pol (s negativnom gustoćom naboja 𝛅–), a orijentirane su tako da se pozitivni pol približava negativnom polu.
- Debyeove privlačne sile (trajne dipolom inducirane dipolne interakcije). Oni se odvijaju između polarne i apolarne molekule, ali to predstavlja inducirani polaritet. U ovoj vrsti interakcije, dipol inducira prolazni dipol u apolarnoj molekuli.
- Londonske sile raspršenja (inducirani dipolom inducirani dipol). To su interakcije koje se javljaju između apolarnih molekula. Kretanje elektrona u tim molekulama inducira prolazne dipole, što uzrokuje određeno privlačenje među njima. Vrlo su slabe interakcije.
Sve ove intermolekularne sile poznate su kao Van der Waalsove sile, naziv koji odaje počast nizozemskom fizičaru Johannesu Dideriku van der Waalsu (1837-1923), prvom koji je predložio njihove učinke u jednadžbama stanja plina (poznatom kao Van der Waalsova jednadžba) 1873. Za to otkriće dobio je Nobelovu nagradu za fiziku 1910. godine.
Karakteristike Van der Waalsovih snaga
Van der Waalsove sile rastu s duljinom nepolarnog kraja tvari.
Van der Waalsove snage su općenito slabe u usporedba sa kemijske veze obični, što ih ne sprječava da budu temeljni za različita područja fizički, the biologija i inženjering. Hvala im puno kemijski spojevi može se definirati.
Van der Waalsove snage rastu s duljina nepolarnog kraja a tvar, budući da su uzrokovane korelacijama između fluktuirajućih polarizacija između atoma, molekula ili obližnjih površina, što je posljedica kvantne dinamike.
Pokazuju anizotropiju, odnosno njihova svojstva variraju ovisno o orijentaciji molekula: često ovisi o tome jesu li privlačne ili odbojne.
Ove sile su najslabije koje se javljaju između molekula u priroda: Za njihovo prevladavanje potrebno je samo 0,1 do 35 kJ/mol energije. Međutim, oni su ključni za formiranje protein.