Van der Waalsove sile

Izvor: Wikipedija
Skoči na: orijentacija, traži
Magnetsko polje titrajućeg električnog dipola
Molekula vode je polarna zbog nejednake raspodjele elektrona. Negativni električni naboj je u sredini (crveni dio), a pozitivni električni naboj je na krajevima (plavi dio)

Van der Waalsova sile su slabe privlačne sile između dviju molekula, koja se javlja zbog interakcije električnih dipola. Može dovesti do stvaranja stabilnih, ali slabo povezanih dimernih molekula ili skupina. Nazvane su po nizozemskom fizičaru Johannesu van der Waalsu. [1]

Van der Waalsova sile su slabije od kovalentnih veza, a posljedica njihovog djelovanja su različita agregatna stanja tvari. Molekule mogu imati stalan, ali i inducirani dipol. Stalan dipol imaju polarne molekule. Privlače se suprotno nabijeni krajevi dipolnih molekula (privlačne sile su elektrostatske prirode). [2]).

Elektroni su u atomu i molekuli u stalnom gibanju (raspodjela električnog naboja je nestalna). U jednom trenutku elektronski oblak može imati simetričnu raspodjelu, a u drugom trenutku elektronski oblak postaje gušći na jednoj, a rjeđi na drugoj strani atoma. Na taj način nastaje trenutačni dipol. Trenutačni dipoli uzrokuju nastajanje induciranih dipola u susjednim atomima ili molekulama, jer dolazi do privlačenja jezgre jednog i elektronskog oblaka drugog atoma, koji nisu kemijski vezani. Među induciranim dipolima djeluju vrlo slabe i kratkotrajne sile.

Londonove sile su van der Waalsove privlačne sile, koje nemaju stalni dipole, a posljedica su trenutačnih i induciranih dipola prisutnih u svakom sustavu.

Van der Waalsova sile uključuju slijedeće sile između dipola:

  • dipol – dipol (Keesomove sile)
  • dipol – inducirani dipol (Debyeve sile)
  • inducirani dipol - inducirani dipol (Londonove sile)

Jakost van der Waalsovih sila ovisi o raspodjeli elektronske gustoće, veličini molekula i atoma i o njihovoj udaljenosti. Što su molekule i atomi veći, veći je i broj dodira između njih, pa su time i van der Waalsove sile jače. O jakosti van der Waalsovih sila ovise tališta i vrelišta tvari, a time i agregatno stanje.

Mjera za van der Waalsove privlačne sile između molekula u tekućini je molarna toplina isparavanja, a u čvrstom stanju molarna toplina sublimacije. Te topline prestavljaju onu energiju koja je potrebna da se sve molekule potpuno odvoje jedna od druge.

Van der Waalsovim privlačnim silama suprostavljaju se odbojne sile između elektrona koji imaju isti spin. Smanjenjem razmaka između molekula, odbojne sile vrlo brzo rastu. Kompresibilnost tekućina i kristala je vrlo mala. Postoji ravnotežni razmak, na kojem su van der Waalsove privlačne sile izjednačene sa odbojnim elektrostatičkim silama, i taj razmak se naziva van der Waalsov polumjer. [3] [4]

Četiri su glavna uzroka nastajanja Van der Waalsovih sila:

  • elektrostatsko privlačenje
  • delokalizacija elektrona
  • disperzijsko privlačenje
  • odbijanje elektronskih oblaka
Macaklin se penje po staklu

Usporedba kemijskih veza

Vrsta kemijske veze Energija disocijacije (kcal),[5] [6]
Kovalentna veza 400
Vodikova veza 12-16
Dipol–dipol (van der Waalsove sile) 0,5 - 2
Inducirani dipol - inducirani dipol (van der Waalsove sile) <1

Van der Waalsove sile između makroskopskih objekata[uredi VE | uredi]

Za makroskopske objekte potrebno je uzeti u obzir cijelu površinu, između koje djeluju van der Waalsove sile. Tako je van der Waalsova energija po jedinici površine E/a, između dvije paralelne površine:

\frac{E}{a} = -\frac{A}{12\pi D^2},

gdje je: A – Hamakerova konstanta, koja ovisi o svojstvima materijala, D – udaljenost izmedu površina. [7] [8]

Sposobnost guštera macaklina da hodaju po staklenoj površini, pripisuje se van der Waalsovim silama. [9] [10] [11]

Izvori[uredi VE | uredi]

  1. GoldBookRef: "Van der Waals forces", 1994.
  2. A.A. Abrikosov, L.P. Gorkov, I.E. Dzyaloshinsky: "Methods of Quantum Field Theory in Statistical Physics", 1963.–1975., publisher=Dover Publications
  3. Dzyaloshinskii I. E., Lifshitz E., Pitaevskii Lev P.: "GENERAL THEORY OF VAN DER WAALS' FORCES", journal= Soviet Physics Uspekhi, 1961.
  4. University of St. Andrews' levitation work in a popular article: Science Journal New way to levitate objects discovered, [1] New Journal of Physics: Quantum levitation by left-handed metamaterials
  5. "Intermolecular Forces" Dr. Walt Volland [2] 2009.
  6. "Organic Chemistry: Structure and Reactivity" by Seyhan Ege, pp30-33, 67
  7. R. Tadmor, JOURNAL OF PHYSICS: "CONDENSED MATTER", 13 (2001) L195–L202
  8. Israelachvili J., Intermolecular and Surface Forces, Academic Press (1985–2004)
  9. [3] Gecko-like glue is said to be stickiest yet, "reuters.com" 8 October 2008
  10. [4] "Researchers discover how geckos know when to hold tight", Clemson.edu.,2011.
  11. Autumn K.: Evidence for van der Waals adhesion in gecko setae", journal=Proceedings of the National Academy of Sciences, 2002.

Vanjske poveznice[uredi VE | uredi]

  • [5] "Van der Waalsova sile", www.ttf.unizg.hr
  • [6] "Međumolekularne sile", www.ktf-split.hr