Περιεχόμενο
Οι δυνάμεις Van der Waals σχηματίζουν ηλεκτροστατικούς δεσμούς μεταξύ μορίων. Οι διαμοριακοί δεσμοί που περιλαμβάνουν τους δεσμούς Van der Waals κρατούν τα μόρια μαζί σε υγρά και στερεά και είναι υπεύθυνα για φαινόμενα όπως η επιφανειακή τάση σε υγρά και κρυστάλλους σε στερεά. Οι διαμοριακές δυνάμεις είναι πολύ ασθενέστερες από τις εσωτερικές δυνάμεις που συγκρατούν τα άτομα μαζί σε μόρια, αλλά εξακολουθούν να είναι αρκετά ισχυρά ώστε να επηρεάσουν τη συμπεριφορά και τις ιδιότητες πολλών υλικών.
TL · DR (Πολύ μακρύ;
Οι ηλεκτροστατικές δυνάμεις Van de Waals ενεργούν μεταξύ μορίων για να σχηματίσουν αδύναμους δεσμούς. Οι τύποι των δυνάμεων Van der Waals, ισχυρότεροι έως και ασθενέστεροι, είναι οι δυνάμεις διπόλης-διπόλης, οι διπολικές δυνάμεις που προκαλούνται από δίπολο και οι δυνάμεις διασποράς του Λονδίνου. Ο δεσμός υδρογόνου βασίζεται σε ένα είδος διπολικής διπολικής δύναμης που είναι ιδιαίτερα ισχυρό. Αυτές οι δυνάμεις συμβάλλουν στον προσδιορισμό των φυσικών χαρακτηριστικών των υλικών.
Τύποι δυνάμεων Van der Waals
Τρεις τύποι δυνάμεων Van der Waals, ισχυρότεροι έως και ασθενέστεροι, είναι διπολικές δυνάμεις, διπολικές δυνάμεις που προκαλούνται από δίπολο και δυνάμεις διασποράς του Λονδίνου. Τα δίπολα είναι πολικά μόρια με αρνητικά και θετικά φορτισμένους πόλους στα αντίθετα άκρα του μορίου. Ο αρνητικός πόλος ενός μορίου προσελκύει τον θετικό πόλο ενός άλλου μορίου, σχηματίζοντας έναν ηλεκτροστατικό δεσμό διπόλης-διπόλης.
Όταν ένα φορτισμένο διπολικό μόριο έρχεται κοντά σε ένα ουδέτερο μόριο, προκαλεί ένα αντίστροφο φορτίο στο ουδέτερο μόριο και τα αντίθετα φορτία προσελκύουν για να σχηματίσουν έναν διπολικό δεσμό που προκαλείται από δίπολο. Όταν δύο ουδέτερα μόρια γίνονται προσωρινά δίπολα επειδή τα ηλεκτρόνια τους τυχαίνει να συγκεντρώνονται στη μία πλευρά του μορίου, τα ουδέτερα μόρια έλκονται από ηλεκτροστατικές δυνάμεις που ονομάζονται δυνάμεις διασποράς του Λονδίνου και μπορούν να σχηματίσουν έναν αντίστοιχο δεσμό.
Οι δυνάμεις διασποράς του Λονδίνου είναι αδύναμες σε μικρά μόρια, αλλά αυξάνουν τη δύναμή τους σε μεγαλύτερα μόρια όπου πολλά από τα ηλεκτρόνια είναι συγκριτικά πολύ μακριά από τον θετικά φορτισμένο πυρήνα και είναι ελεύθερα να κινηθούν. Ως αποτέλεσμα, μπορούν να συλλέγουν με ασύμμετρο τρόπο γύρω από το μόριο, δημιουργώντας το προσωρινό διπολικό αποτέλεσμα. Για τα μεγάλα μόρια, οι δυνάμεις διασποράς του Λονδίνου αποτελούν σημαντικό παράγοντα της συμπεριφοράς τους.
Όταν ένα μόριο διπόλης περιέχει ένα άτομο υδρογόνου, μπορεί να σχηματίσει έναν ιδιαίτερα ισχυρό δεσμό διπόλης-διπόλης, επειδή το άτομο υδρογόνου είναι μικρό και το θετικό φορτίο συμπυκνώνεται. Η αυξημένη αντοχή του δεσμού κάνει αυτό μια ειδική περίπτωση που ονομάζεται δεσμός υδρογόνου.
Πώς οι δυνάμεις Van der Waals επηρεάζουν τα υλικά
Στα αέρια σε θερμοκρασία δωματίου, τα μόρια είναι πολύ απομακρυσμένα και έχουν πάρα πολλή ενέργεια για να επηρεαστούν από τις διαμοριακές δυνάμεις Van der Waals. Αυτές οι δυνάμεις καθίστανται σημαντικές για τα υγρά και τα στερεά, επειδή τα μόρια έχουν λιγότερη ενέργεια και είναι πιο κοντά μεταξύ τους. Οι δυνάμεις Van der Waals είναι μεταξύ των διαμοριακών δυνάμεων που συγκρατούν τα υγρά και τα στερεά μαζί και τους δίνουν τις χαρακτηριστικές τους ιδιότητες.
Στα υγρά, οι διαμοριακές δυνάμεις είναι ακόμα πολύ αδύναμες για να συγκρατήσουν τα μόρια στη θέση τους. Τα μόρια έχουν αρκετή ενέργεια για την επανειλημμένη δημιουργία και διάσπαση των ενδομοριακών δεσμών, που ολισθαίνουν το ένα μετά το άλλο και παίρνουν τη μορφή του δοχείου τους. Για παράδειγμα, σε νερό, τα μόρια διπολίου αποτελούνται από ένα αρνητικά φορτισμένο άτομο οξυγόνου και δύο θετικά φορτισμένα άτομα υδρογόνου. Τα δίπολα νερού σχηματίζουν ισχυρούς δεσμούς υδρογόνου που συγκρατούν τα μόρια του νερού μαζί. Ως αποτέλεσμα, το νερό έχει υψηλή επιφανειακή τάση, υψηλή θερμότητα εξάτμισης και συγκριτικά υψηλό σημείο βρασμού για το βάρος του μορίου.
Στα στερεά, τα άτομα έχουν πολύ λίγη ενέργεια για να σπάσουν τους δεσμούς των διαμοριακών δυνάμεων και συγκρατούνται μαζί με μικρή κίνηση. Εκτός από τις δυνάμεις Van der Waals, η συμπεριφορά των μορίων των στερεών μπορεί να επηρεάζεται από άλλες διαμοριακές δυνάμεις, όπως εκείνες που σχηματίζουν ιοντικούς ή μεταλλικούς δεσμούς. Οι δυνάμεις κρατούν τα μόρια των στερεών σε κρυσταλλικά πλέγματα όπως τα διαμάντια, σε μέταλλα όπως ο χαλκός, σε ομοιογενή στερεά όπως γυαλί ή σε εύκαμπτα στερεά όπως τα πλαστικά. Ενώ οι ισχυροί χημικοί δεσμοί που συγκρατούν τα άτομα μαζί στα μόρια καθορίζουν τα χημικά χαρακτηριστικά των υλικών, οι διαμοριακές δυνάμεις συμπεριλαμβανομένων των δυνάμεων Van der Waals επηρεάζουν τα φυσικά χαρακτηριστικά.