Vi forklarer, hvad Van der Waals-kræfter er, og i hvilke tilfælde de manifesterer sig. Også hvorfor har de sådan et navn og deres egenskaber.
Hvad er Van der Waals-styrkerne?
Det er kendt som Van der Waals-kræfter eller Van der Waals-vekselvirkninger til en bestemt type tiltrækkende eller frastødende intermolekylære kræfter, forskellige fra dem, der genererer atombindinger (ionisk, metallisk eller kovalent gittertype) eller den elektrostatiske tiltrækning mellem ioner og andre molekyler.
Før man nævner de forskellige typer af Van der Waals-kræfter, er det vigtigt at forstå, hvad kemisk polaritet er. Kemisk polaritet er en egenskab ved molekyler, der har tendens til at adskille elektriske ladninger i deres struktur.Det er en egenskab, der er tæt forbundet med intermolekylære kræfter (såsom dem hos Van der Waals), med opløselighed og med punkter i fusion Y kogende. Afhængigt af polariteten kan molekylerne klassificeres i:
- Polære molekyler. De er dannet af atomer med meget forskellig elektronegativitet. Atomet med den højeste elektronegativitet tiltrækker elektroner af bindingen og efterlades med en negativ ladningstæthed på sig. På den anden side vil atomet med lavere elektronegativitet have en positiv ladningstæthed på sig. Denne fordeling af ladninger vil endelig føre til dannelsen af en dipol (system af to ladninger med modsat fortegn og lige stor).
- Ikke-polære molekyler. De er opbygget af atomer med samme elektronegativitet, så alle atomer tiltrækker bindingens elektroner på samme måde.
En faktor, der også bestemmer polariteten af et molekyle, er molekylær symmetri. Der er molekyler opbygget af atomer med forskellig elektronegativitet, men som ikke er polære. Dette sker, fordi når de forskellige ladningstætheder af molekylets dele tilføjes, ophæves de og resulterer i et nul-dipolmoment.
Så Van der Waals kræfter manifesterer sig på tre særlige måder:
- Keesom-tiltrækningskræfter (dipol-dipol-interaktioner). De er interaktioner mellem polære molekyler, det vil sige permanent polariserede. Disse molekyler har således en positiv pol (med en positiv ladningstæthed 𝛅 +) og en negativ pol (med en negativ ladningstæthed 𝛅–), og de er orienteret således, at den positive pol nærmer sig den negative pol.
- Debye tiltrækkende kræfter (permanente dipol-inducerede dipol-interaktioner). De finder sted mellem et polært molekyle og et apolært, men det præsenterer en induceret polaritet. I denne type interaktion inducerer dipolen en forbigående dipol i det apolære molekyle.
- London-spredningskræfter (induceret dipol-induceret dipol). De er interaktioner, der forekommer mellem apolære molekyler. Bevægelsen af elektroner i disse molekyler inducerer forbigående dipoler, hvilket forårsager en vis tiltrækning mellem dem. De er meget svage interaktioner.
Alle disse intermolekylære kræfter er kendt som Van der Waals-kræfter, et navn, der hylder den hollandske fysiker Johannes Diderik van der Waals (1837-1923), den første til at foreslå deres virkninger i tilstandsligningerne for en gas (kendt som Van der Waals-ligningen) i 1873. For dette fund blev han tildelt Nobelprisen i fysik i 1910.
Karakteristika for Van der Waals-styrkerne
Van der Waals kræfter vokser med længden af den ikke-polære ende af et stof.
Van der Waals kræfter er generelt svage sammenligning med kemiske forbindelser almindelige, hvilket ikke forhindrer dem i at være grundlæggende for forskellige områder af fysisk, det biologi og teknik. Mange tak til dem kemiske forbindelser kan defineres.
Van der Waals' kræfter vokser med længde af den upolære ende af en stof, da de er forårsaget af korrelationer mellem fluktuerende polariseringer mellem atomer, molekyler eller nærliggende overflader, en konsekvens af kvantedynamik.
De viser anisotropi, det vil sige, at deres egenskaber varierer afhængigt af molekylernes orientering: det afhænger ofte af, om de er attraktive eller frastødende.
Disse kræfter er de svageste, der opstår mellem molekyler i natur: Der kræves kun 0,1 til 35 kJ/mol energi for at overvinde dem. De er dog afgørende for dannelsen af protein.