Мы объясним, что такое силы Ван-дер-Ваальса и в каких случаях они проявляются. Кроме того, почему они так названы и каковы их характеристики
Силы Ван-дер-Ваальса являются одним из видов межмолекулярных сил
Что такое силы Ван-дер-Ваальса?
Силы Ван-дер-Ваальса или Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия известны как определенный тип притягивающих или отталкивающих межмолекулярных сил , отличающихся от тех, которые создаются атомными связями ( ионными ), металлические или ковалентные сшитые) или электростатическое притяжение между ионами и другими молекулами
Прежде чем говорить о различных типах сил Ван-дер-Ваальса, важно понять, что такое химическая полярность. Химическая полярность – это свойство молекул, которое стремится разделить электрические заряды в их структуре. Это свойство тесно связано с межмолекулярными силами (такими как силы Ван-дер-Ваальса), растворимостью точками плавления кипения. В зависимости от полярности молекулы можно классифицировать следующим образом:
- Полярные молекулы. Они состоят из атомов с очень разной электроотрицательностью. Атом с более высокой электроотрицательностью притягивает электроны связи и остается с отрицательной плотностью заряда на нем. С другой стороны, атом с меньшей электроотрицательностью будет иметь плотность положительного заряда на нем. Такое распределение зарядов в конечном итоге приведет к образованию диполя (системы двух зарядов противоположного знака и одинаковой величины).
- аполярные молекулы. Они состоят из атомов с одинаковой электроотрицательностью, поэтому все атомы притягивают электроны в связи одинаково. Фактором, который также определяет полярность молекулы, является молекулярная симметрия. Существуют молекулы, состоящие из атомов с различной электроотрицательностью, но не являющиеся полярными. Это происходит потому, что когда различные плотности зарядов частей молекулы складываются вместе, они аннулируются и приводят к нулевому дипольному моменту.
Силы Ван-дер-Ваальса проявляются тремя конкретными способами:
- Кисом притягивающие силы (диполь-дипольные взаимодействия). Это взаимодействия между полярными, т.е. постоянно поляризованными, молекулами. Таким образом, эти молекулы имеют положительный полюс (с плотностью положительного заряда ?+) и отрицательный полюс (с плотностью отрицательного заряда ?–), и ориентированы так, что положительный полюс приближается к отрицательному.
- притягивающие силы Дебая (постоянные диполь-индуцированные дипольные взаимодействия). Они возникают между полярной молекулой и неполярной молекулой, но с индуцированной полярностью. В этом типе взаимодействия диполь индуцирует переходный диполь в аполярной молекуле.
- Лондонские дисперсионные силы (индуцированный диполь-индуцированный диполь). Это взаимодействия, которые происходят между аполярными молекулами. Движение электронов в этих молекулах индуцирует переходные диполи, которые вызывают некоторое притяжение между ними. Это очень слабые взаимодействия.
Все эти межмолекулярные силы известны как силы Ван-дер-Ваальса, по имени голландского физика Йоханнеса Дидерика Ван-дер-Ваальса (1837-1923), который впервые предложил их действие в уравнениях состояния газа (известных как уравнение Ван-дер-Ваальса) в 1873 году. За это открытие он был удостоен Нобелевской премии по физике в 1910 году
Характеристики Ван-дер-Ваальсовых сил
Силы Ван-дер-Ваальса растут с увеличением длины неполярного конца вещества.
Силы Ван-дер-Ваальса в целом слабы по сравнению обычными химическими связями , но это не мешает им быть фундаментальными для различных областей физики биологии и техники. Благодаря им можно определить многие химические соединения
Силы Ван-дер-Ваальса растут с увеличением длины неполярного конца вещества , поскольку они вызваны корреляциями между флуктуирующими поляризациями между атомами, молекулами или близлежащими поверхностями, что является следствием квантовой динамики
Они анизотропны, т.е. их свойства зависят от ориентации молекул: от этого часто зависит, будут ли они притягательными или отталкивающими
Эти силы являются самыми слабыми силами между молекулами в природе : для их преодоления требуется всего от 0,1 до 35 кДж/моль энергии. Однако они имеют решающее значение для формирования белков
Добавить комментарий