Mēs izskaidrojam, kas ir Van der Waals spēki un kādos gadījumos tie izpaužas. Arī kāpēc viņiem ir šāds nosaukums un to īpašības.
Kādi ir Van der Vālsa spēki?
To sauc par Van der Vālsa spēkiem vai Van der Vāla mijiedarbību ar noteikta veida pievilcīgiem vai atgrūdošiem starpmolekulāriem spēkiem, kas atšķiras no tiem, kas rada atomu saites (jonu, metālisks vai kovalents režģa tips) vai elektrostatiskā pievilcība starp joni un citi molekulas.
Pirms pieminēt dažādus Van der Waals spēku veidus, ir svarīgi saprast, kas ir ķīmiskā polaritāte. Ķīmiskā polaritāte ir molekulu īpašība, kas savā struktūrā mēdz atdalīt elektriskos lādiņus.Tā ir īpašība, kas ir cieši saistīta ar starpmolekulāriem spēkiem (piemēram, Van der Vālsa spēkiem), ar šķīdība un ar punktiem saplūšana Y vārot. Atkarībā no polaritātes molekulas var iedalīt:
- Polārās molekulas. Tos veido atomi ar ļoti atšķirīgu elektronegativitāti. Atoms ar vislielāko elektronegativitāti piesaista elektroni no saites un paliek ar negatīvu lādiņa blīvumu. No otras puses, atomam ar zemāku elektronegativitāti būs pozitīvs lādiņa blīvums. Šis lādiņu sadalījums beidzot novedīs pie dipola (divu pretējas zīmes un vienāda lieluma lādiņu sistēma).
- Nepolāras molekulas. Tos veido atomi ar vienādu elektronegativitāti, tāpēc visi atomi vienādi piesaista saites elektronus.
Faktors, kas nosaka arī molekulas polaritāti, ir molekulārā simetrija. Ir molekulas, kas sastāv no atomi ar dažādu elektronegativitāti, bet kuras nav polāras. Tas notiek tāpēc, ka, pievienojot dažādus molekulas daļu lādiņu blīvumus, tie izzūd un rada nulles dipola momentu.
Tātad Van der Vālsa spēki izpaužas trīs konkrētos veidos:
- Keesom pievilcīgie spēki (dipola-dipola mijiedarbība). Tās ir mijiedarbības starp polārajām molekulām, tas ir, pastāvīgi polarizētas. Tādējādi šīm molekulām ir pozitīvs pols (ar pozitīvu lādiņa blīvumu 𝛅 +) un negatīvs pols (ar negatīvu lādiņa blīvumu 𝛅–), un tās ir orientētas tā, lai pozitīvais pols tuvotos negatīvajam polam.
- Debye pievilcīgie spēki (pastāvīga dipola izraisīta dipola mijiedarbība). Tie notiek starp polāro molekulu un apolāru, bet tas rada inducētu polaritāti. Šāda veida mijiedarbībā dipols inducē pārejošu dipolu apolārajā molekulā.
- Londonas izkliedes spēki (induced dipola induced dipol). Tās ir mijiedarbības, kas notiek starp apolārajām molekulām. Elektronu kustība šajās molekulās izraisa pārejošus dipolus, kas izraisa zināmu pievilcību starp tiem. Tās ir ļoti vājas mijiedarbības.
Visi šie starpmolekulārie spēki ir zināmi kā Van der Vāla spēki, ar kuru tiek godināts holandiešu fiziķis Johanness Dideriks van der Vāls (1837-1923), pirmais, kurš ierosināja to ietekmi gāzes stāvokļa vienādojumos (pazīstams kā Van der Vālsa vienādojums) 1873. gadā. Par šo atklājumu viņam 1910. gadā tika piešķirta Nobela prēmija fizikā.
Van der Waals spēku raksturojums
Van der Vālsa spēki pieaug līdz ar vielas nepolārā gala garumu.
Van der Vālsa spēki kopumā ir vāji salīdzinājums Ar ķīmiskās saites parastie, kas neliedz tiem būt fundamentāliem dažādās jomās fiziskais, bioloģija un inženierzinātnes. Paldies viņiem daudziem ķīmiskie savienojumi var definēt.
Van der Vālsa spēki aug līdzi garums no a nepolārā gala viela, jo tos izraisa korelācijas starp svārstībām polarizācijām starp atomiem, molekulām vai tuvējām virsmām, kas ir kvantu dinamikas sekas.
Tiem piemīt anizotropija, tas ir, to īpašības mainās atkarībā no molekulu orientācijas: bieži vien tas ir atkarīgs no tā, vai tās ir pievilcīgas vai atbaidošas.
Šie spēki ir vājākie, kas rodas starp molekulām dabu: Lai tos pārvarētu, ir nepieciešams tikai no 0,1 līdz 35 kJ/mol enerģijas. Tomēr tiem ir izšķiroša nozīme, veidojot olbaltumvielas.