Van der Waalsi jõud moodustavad molekulide vahel elektrostaatilised sidemed. Molekulidevahelised sidemed, sealhulgas Van der Waalsi sidemed, hoiavad molekule koos vedelikes ja tahketes ainetes ning vastutavad selliste nähtuste eest nagu vedelike pindpinevus ja tahketes kristallid. Molekulidevahelised jõud on palju nõrgemad kui sisemised jõud, mis hoiavad molekulides aatomeid, kuid on siiski piisavalt tugevad, et mõjutada paljude materjalide käitumist ja omadusi.
TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)
Elektrostaatilised Van de Waalsi jõud mõjuvad molekulide vahel nõrkade sidemete moodustamiseks. Van der Waalsi jõudude tüübid, kõige tugevamad kuni nõrgemad, on dipool-dipooljõud, dipoolist põhjustatud dipooljõud ja Londoni dispersioonijõud. Vesinikside põhineb eriti võimsal dipool-dipooljõu tüübil. Need jõud aitavad määrata materjalide füüsikalisi omadusi.
Van der Waalsi jõudude tüübid
Kolme tüüpi van der Waalsi jõud, kõige tugevamast kuni nõrgimani, on dipool-dipooljõud, dipoolist põhjustatud dipooljõud ja Londoni dispersioonijõud. Dipoolid on polaarmolekulid, mille molekuli vastasotsades on negatiivselt ja positiivselt laetud poolused. Ühe molekuli negatiivne poolus meelitab teise molekuli positiivset poolust, moodustades elektrostaatilise dipool-dipoolse sideme.
Kui laetud dipoolmolekul jõuab neutraalse molekuli lähedale, indutseerib see neutraalses molekulis vastupidise laengu ja vastupidised laengud tõmbuvad dipoolist indutseeritud dipoolsideme moodustamiseks. Kui kahest neutraalsest molekulist saavad ajutised dipoolid, kuna nende elektronid kogunevad molekuli ühele küljele, siis neutraalseid molekule meelitatakse elektrostaatiliste jõududega, mida nimetatakse Londoni dispersioonijõududeks, ja need võivad moodustada vastava side.
Londoni dispersioonijõud on väikestes molekulides nõrgad, kuid suuremates molekulides suureneb nende tugevus paljud elektronid on positiivse laenguga tuumast suhteliselt kaugel ja neil on vabadus liikuda ümberringi. Selle tulemusena võivad nad molekuli ümber asümmeetriliselt koguneda, tekitades ajutise dipoolse efekti. Suurte molekulide jaoks saavad Londoni dispersioonijõud nende käitumise oluliseks teguriks.
Kui dipoolmolekul sisaldab vesinikuaatomit, võib see moodustada eriti tugeva dipool-dipoolsideme, kuna vesinikuaatom on väike ja positiivne laeng on kontsentreeritud. Sideme suurenenud tugevus muudab selle erijuhtumiks, mida nimetatakse vesiniksidemeks.
Kuidas Van der Waalsi väed materjale mõjutavad
Toatemperatuuril gaasides on molekulid üksteisest liiga kaugel ja neil on liiga palju energiat, et molekulidevahelised Van der Waalsi jõud mõjutaksid neid. Need jõud muutuvad vedelike ja tahkete ainete jaoks oluliseks, kuna molekulidel on vähem energiat ja nad on üksteisele lähemal. Van der Waalsi jõud kuuluvad molekulidevaheliste jõudude hulka, mis hoiavad vedelikke ja tahkeid aineid ning annavad neile iseloomulikud omadused.
Vedelikes on molekulidevahelised jõud molekulide paigalhoidmiseks endiselt liiga nõrgad. Molekulidel on piisavalt energiat, et molekulidevahelisi sidemeid korduvalt luua ja katkestada, libiseda üksteisest mööda ja võtta nende anuma kuju. Näiteks vees koosnevad bipoolmolekulid negatiivselt laetud hapniku aatomist ja kahest positiivselt laetud vesiniku aatomist. Vee dipoolid moodustavad tugevad vesiniksidemed, mis hoiavad veemolekule koos. Selle tulemusel on vees kõrge pindpinevus, kõrge aurustumissoojus ja molekuli massi suhteliselt kõrge keemistemperatuur.
Tahketes ainetes on molekulidevaheliste jõudude sidemete purustamiseks liiga vähe energiat ja neid hoitakse koos vähese liikumisega. Lisaks Van der Waalsi jõududele võivad tahkete ainete molekulide käitumist mõjutada muud molekulidevahelised jõud, näiteks ioonseid või metallilisi sidemeid moodustavad jõud. Jõud hoiavad tahkete ainete molekule kristallvõredes nagu teemandid, metallides nagu vask, homogeensetes tahketes ainetes nagu klaas või painduvates tahketes ainetes nagu plast. Kui tugevad keemilised sidemed, mis hoiavad molekulides aatomeid koos, määravad keemilised omadused materjalidest mõjutavad molekulidevahelised jõud, sealhulgas Van der Waalsi jõud, füüsilist omadused.