Pojasnimo, kaj so Van der Waalsove sile in v katerih primerih se manifestirajo. Tudi zakaj imajo tako ime in njihove značilnosti.
Kaj so Van der Waalsove sile?
Znano je kot Van der Waalsove sile ali Van der Waalsove interakcije na določeno vrsto privlačnih ali odbojnih medmolekularnih sil, ki se razlikujejo od tistih, ki ustvarjajo atomske vezi (ionski, kovinski oz kovalentna mrežasti tip) ali elektrostatična privlačnost med ioni in drugi molekule.
Preden omenimo različne vrste Van der Waalsovih sil, je pomembno razumeti, kaj je kemična polarnost. Kemična polarnost je lastnost molekul, ki v svoji strukturi nagibajo k ločevanju električnih nabojev.Je lastnost, ki je tesno povezana z medmolekularnimi silami (kot so Van der Waalsove), z topnost in s točkami fuzije Y Vreti. Glede na polarnost lahko molekule razdelimo na:
- Polarne molekule. Oblikujejo jih atomi z zelo različno elektronegativnostjo. Atom z najvišjo elektronegativnostjo privlači elektronov vezi in ostane z negativno gostoto naboja na njej. Po drugi strani pa bo imel atom z nižjo elektronegativnostjo pozitivno gostoto naboja. Ta porazdelitev nabojev bo končno vodila do nastanka dipola (sistem dveh nabojev nasprotnega predznaka in enake velikosti).
- Nepolarne molekule. Sestavljeni so iz atomov z enako elektronegativnostjo, zato vsi atomi na enak način privlačijo elektrone vezi.
Faktor, ki določa tudi polarnost molekule, je molekularna simetrija. Obstajajo molekule, sestavljene iz atomov različnih elektronegativnosti, ki pa niso polarne. To se zgodi, ker ko dodamo različne gostote naboja delov molekule, se izničijo in povzročijo ničelni dipolni moment.
Torej se sile Van der Waalsa manifestirajo na tri posebne načine:
- Keesom privlačne sile (dipol-dipol interakcije). So interakcije med polarnimi molekulami, torej trajno polarizirane. Tako imajo te molekule pozitiven pol (s pozitivno gostoto naboja 𝛅 +) in negativni pol (z negativno gostoto naboja 𝛅–) in so usmerjene tako, da se pozitivni pol približa negativnemu polu.
- Debyejeve privlačne sile (trajne dipolno inducirane dipolne interakcije). Potekajo med polarno in apolarno molekulo, vendar to predstavlja inducirano polarnost. Pri tej vrsti interakcije dipol inducira prehodni dipol v apolarni molekuli.
- Londonske sile sipanja (inducirani dipol induciran dipol). Gre za interakcije, ki se pojavijo med apolarnimi molekulami. Gibanje elektronov v teh molekulah povzroči prehodne dipole, kar povzroči nekaj privlačnosti med njimi. So zelo šibke interakcije.
Vse te medmolekularne sile so znane kot Van der Waalsove sile, ime, ki se poklanja nizozemskemu fiziku Johannesu Dideriku van der Waalsu (1837-1923), ki je prvi predlagal njihove učinke v enačbah stanja plina (znan kot Van der Waalsova enačba) leta 1873. Za to ugotovitev je bil leta 1910 nagrajen z Nobelovo nagrado za fiziko.
Značilnosti Van der Waalsovih sil
Van der Waalsove sile rastejo z dolžino nepolarnega konca snovi.
Van der Waalsove sile so na splošno šibke primerjava z kemične povezave navadni, kar jim ne preprečuje, da bi bili temeljni za različna področja fizično, biologija in inženiring. Hvala jim veliko kemične spojine je mogoče definirati.
Van der Waalsove sile rastejo z dolžina nepolarnega konca a snov, saj jih povzročajo korelacije med nihajočimi polarizacijami med atomi, molekulami ali bližnjimi površinami, ki so posledica kvantne dinamike.
Kažejo anizotropijo, to pomeni, da se njihove lastnosti razlikujejo glede na orientacijo molekul: pogosto je odvisno od tega, ali so privlačne ali odbijajoče.
Te sile so najšibkejše, ki se pojavijo med molekulami v narave: Za njihovo premagovanje je potrebnih le 0,1 do 35 kJ / mol energije. Vendar pa so ključnega pomena za nastanek beljakovine.