Vă explicăm ce sunt forțele Van der Waals și în ce cazuri se manifestă. De asemenea, de ce au un astfel de nume și caracteristicile lor.
Care sunt forțele Van der Waals?
Este cunoscut sub numele de forțe Van der Waals sau interacțiuni Van der Waals la un anumit tip de forțe intermoleculare atractive sau respingătoare, diferite de cele care generează legături atomice (ionic, metalic sau covalent tip zăbrele) sau atracția electrostatică dintre ionii si altii molecule.
Înainte de a menționa diferitele tipuri de forțe Van der Waals, este important să înțelegem ce este polaritatea chimică. Polaritatea chimică este o proprietate a moleculelor care tind să separe sarcinile electrice în structura lor.Este o proprietate strâns legată de forțele intermoleculare (cum ar fi cele ale lui Van der Waals), cu solubilitate iar cu punctele de fuziune Y fierbere. În funcție de polaritate, moleculele pot fi clasificate în:
- Molecule polare. Ele sunt formate din atomi cu electronegativitate foarte diferită. Atomul cu cea mai mare electronegativitate atrage electroni a legăturii și rămâne cu o densitate de sarcină negativă pe ea. Pe de altă parte, atomul cu electronegativitate mai mică va avea o densitate de sarcină pozitivă pe el. Această distribuție a sarcinilor va duce în final la formarea unui dipol (sistem de două sarcini de semn opus și mărime egală).
- Molecule nepolare. Sunt formați din atomi cu electronegativitate egală, astfel încât toți atomii atrag electronii legăturii în același mod.
Un factor care determină și polaritatea unei molecule este simetria moleculară. Există molecule formate din atomi de electronegativitate diferită, dar care nu sunt polari. Acest lucru se întâmplă deoarece atunci când se adaugă diferite densități de sarcină ale părților moleculei, acestea se anulează și rezultă într-un moment de dipol nul.
Deci, forțele lui Van der Waals se manifestă în trei moduri particulare:
- Forțele de atracție Keesom (interacțiuni dipol-dipol). Sunt interacțiuni între molecule polare, adică permanent polarizate. Astfel, aceste molecule au un pol pozitiv (cu o densitate de sarcină pozitivă 𝛅 +) și un pol negativ (cu o densitate de sarcină negativă 𝛅–), și sunt orientate astfel încât polul pozitiv să se apropie de polul negativ.
- Forțele de atracție Debye (interacțiuni dipol induse de dipol permanent). Ele au loc între o moleculă polară și una apolară, dar care prezintă o polaritate indusă. În acest tip de interacțiune, dipolul induce un dipol tranzitoriu în molecula apolară.
- Forțele de împrăștiere din Londra (dipol indus de dipol). Sunt interacțiuni care apar între moleculele apolare. Mișcarea electronilor în aceste molecule induce dipoli tranzitori, ceea ce provoacă o anumită atracție între ei. Sunt interacțiuni foarte slabe.
Toate aceste forțe intermoleculare sunt cunoscute sub denumirea de forțe Van der Waals, nume care aduce un omagiu fizicianului olandez Johannes Diderik van der Waals (1837-1923), primul care a propus efectele lor în ecuațiile de stare a unui gaz (cunoscut sub numele de Ecuația Van der Waals) în 1873. Pentru această constatare i s-a acordat Premiul Nobel pentru Fizică în 1910.
Caracteristicile Forțelor Van der Waals
Forțele Van der Waals cresc odată cu lungimea capătului nepolar al unei substanțe.
Forțele Van der Waals sunt în general slabe comparaţie cu legături chimice ordinare, ceea ce nu le împiedică să fie fundamentale pentru diverse domenii ale fizic, cel biologie și inginerie. Mulțumesc lor mulți compuși chimici poate fi definit.
Forțele lui Van der Waals cresc odată cu lungime a capătului nepolar al lui a substanţă, deoarece sunt cauzate de corelații între polarizările fluctuante între atomi, molecule sau suprafețe din apropiere, o consecință a dinamicii cuantice.
Ele prezintă anizotropie, adică proprietățile lor variază în funcție de orientarea moleculelor: depinde adesea dacă sunt atractive sau respingătoare.
Aceste forțe sunt cele mai slabe care apar între moleculele din natură: Este nevoie de doar 0,1 până la 35 kJ/mol de energie pentru a le depăși. Cu toate acestea, ele sunt cruciale pentru formarea proteină.