Vysvětlíme, co jsou to Van der Waalsovy síly a v jakých případech se projevují. Také proč mají takové jméno a jejich vlastnosti.
Co jsou to Van der Waalsovy síly?
Je známá jako Van der Waalsovy síly nebo Van der Waalsovy interakce s určitým typem přitažlivých nebo odpudivých intermolekulárních sil, odlišných od těch, které vytvářejí atomové vazby (iontový, kovový nebo kovalentní mřížkový typ) nebo elektrostatická přitažlivost mezi ionty a další molekul.
Před zmínkou o různých typech Van der Waalsových sil je důležité pochopit, co je chemická polarita. Chemická polarita je vlastnost molekul, které mají tendenci oddělovat elektrické náboje ve své struktuře.Je to vlastnost úzce související s mezimolekulárními silami (jako jsou síly Van der Waalsa), s rozpustnost a s body fúze Y vařící. V závislosti na polaritě lze molekuly rozdělit do:
- Polární molekuly. Jsou tvořeny atomy s velmi odlišnou elektronegativitou. Atom s nejvyšší elektronegativitou se přitahuje elektrony vazby a je na ní ponechána záporná hustota náboje. Na druhou stranu atom s nižší elektronegativitou bude mít na sobě kladnou hustotu náboje. Toto rozložení nábojů nakonec povede ke vzniku dipólu (systém dvou nábojů opačného znaménka a stejné velikosti).
- Nepolární molekuly. Jsou tvořeny atomy se stejnou elektronegativitou, takže všechny atomy přitahují elektrony vazby stejným způsobem.
Faktorem, který také určuje polaritu molekuly, je molekulární symetrie. Existují molekuly složené z atomů s různou elektronegativitou, které však nejsou polární. K tomu dochází, protože když jsou různé hustoty náboje částí molekuly sečteny, tyto se vyruší a výsledkem je nulový dipólový moment.
Síly Van der Waals se tedy projevují třemi konkrétními způsoby:
- Keesomovy přitažlivé síly (dipól-dipólové interakce). Jsou to interakce mezi polárními molekulami, tedy trvale polarizovanými. Tyto molekuly tedy mají kladný pól (s kladnou hustotou náboje 𝛅 +) a záporný pól (s zápornou hustotou náboje 𝛅–) a jsou orientovány tak, že kladný pól se blíží zápornému pólu.
- Debyeovy přitažlivé síly (permanentní dipólově indukované dipólové interakce). Odehrávají se mezi polární molekulou a nepolární, ale to představuje indukovanou polaritu. Při tomto typu interakce dipól indukuje přechodný dipól v nepolární molekule.
- Londýnské rozptylové síly (indukovaný dipól indukovaný dipól). Jsou to interakce, ke kterým dochází mezi nepolárními molekulami. Pohyb elektronů v těchto molekulách vyvolává přechodné dipóly, které mezi nimi způsobují určitou přitažlivost. Jsou to velmi slabé interakce.
Všechny tyto mezimolekulární síly jsou známé jako Van der Waalsovy síly, což je jméno, které vzdává poctu nizozemskému fyzikovi Johannesu Dideriku van der Waalsovi (1837-1923), prvnímu, kdo navrhl jejich účinky ve stavových rovnicích plynu (známý jako Van der Waalsova rovnice) v roce 1873. Za tento objev mu byla v roce 1910 udělena Nobelova cena za fyziku.
Charakteristika Van der Waalsových sil
Van der Waalsovy síly rostou s délkou nepolárního konce látky.
Van der Waalsovy síly jsou obecně slabé srovnání s chemické vazby běžné, což jim nebrání být zásadní pro různé oblasti fyzický, biologie a strojírenství. Mnohokrát jim děkujeme chemické sloučeniny lze definovat.
Van der Waalsovy síly rostou s délka nepolárního konce a látka, protože jsou způsobeny korelacemi mezi kolísajícími polarizacemi mezi atomy, molekulami nebo blízkými povrchy, což je důsledek kvantové dynamiky.
Vykazují anizotropii, to znamená, že jejich vlastnosti se liší v závislosti na orientaci molekul: často záleží na tom, zda jsou atraktivní nebo odpudivé.
Tyto síly jsou nejslabší, které se vyskytují mezi molekulami v Příroda: K jejich překonání je zapotřebí pouze 0,1 až 35 kJ / mol energie. Jsou však rozhodující pro vznik protein.