Van der Waalsin voimat muodostavat sähköstaattisia sidoksia molekyylien välille. Molekyylien väliset sidokset, mukaan lukien Van der Waalsin sidokset, pitävät molekyylejä yhdessä nesteissä ja kiinteissä aineissa ja ovat vastuussa ilmiöistä, kuten nesteiden pintajännityksestä ja kiintoaineiden kiteistä. Molekyylien väliset voimat ovat paljon heikompia kuin sisäiset voimat, jotka pitävät atomeja yhdessä molekyyleissä, mutta ne ovat silti riittävän vahvoja vaikuttamaan monien materiaalien käyttäytymiseen ja ominaisuuksiin.
TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)
Sähköstaattiset Van de Waalsin voimat vaikuttavat molekyylien välillä muodostaen heikkoja sidoksia. Van der Waalsin voimien tyypit, vahvimmista heikoimpiin, ovat dipoli-dipoli voimat, dipolin aiheuttamat dipoli voimat ja Lontoon dispersiovoimat. Vetysidos perustuu erityisen voimakkaaseen dipoli-dipoli-voiman tyyppiin. Nämä voimat auttavat määrittämään materiaalien fyysiset ominaisuudet.
Van der Waalsin voimien tyypit
Kolme tyyppiä Van der Waalsin voimia, vahvimmista heikoimpiin, ovat dipoli-dipoli voimat, dipolin aiheuttamat dipolivoimat ja Lontoon dispersiovoimat. Dipolit ovat polaarisia molekyylejä, joiden negatiivisesti ja positiivisesti varautuneet navat ovat molekyylin vastakkaisissa päissä. Yhden molekyylin negatiivinen napa houkuttelee toisen molekyylin positiivista napaa muodostaen sähköstaattisen dipoli-dipolisidoksen.
Kun varattu dipolimolekyyli tulee lähelle neutraalia molekyyliä, se indusoi päinvastaisen varauksen neutraalissa molekyylissä, ja vastakkaiset varaukset houkuttelevat muodostamaan dipolin indusoiman dipolisidoksen. Kun kahdesta neutraalista molekyylistä tulee väliaikaisia dipoleja, koska niiden elektronit sattuvat kerääntymään molekyylin toiselle puolelle, neutraalit molekyylit vetävät puoleensa sähköstaattiset voimat, joita kutsutaan Lontoon dispersiovoimiksi, ja ne voivat muodostaa vastaavan sidos.
Lontoon dispersiovoimat ovat heikkoja pienissä molekyyleissä, mutta niiden voimakkuus kasvaa suuremmissa molekyyleissä missä monet elektronista ovat suhteellisen kaukana positiivisesti varautuneesta ytimestä ja voivat liikkua vapaasti noin. Tämän seurauksena ne voivat kerääntyä epäsymmetrisesti molekyylin ympärille, mikä luo väliaikaisen dipolivaikutuksen. Suurille molekyyleille Lontoon dispersiovoimista tulee merkittävä tekijä niiden käyttäytymisessä.
Kun dipolimolekyyli sisältää vetyatomin, se voi muodostaa erityisen vahvan dipoli-dipolisidoksen, koska vetyatomi on pieni ja positiivinen varaus on väkevöity. Sidoksen lisääntynyt lujuus tekee tästä erityisen tapauksen, jota kutsutaan vetysidokseksi.
Kuinka Van der Waalsin voimat vaikuttavat materiaaleihin
Huoneenlämpötilassa olevissa kaasuissa molekyylit ovat liian kaukana toisistaan ja niissä on liikaa energiaa molekyylien välisten Van der Waalsin voimien vaikutuksesta. Nämä voimat tulevat tärkeiksi nesteille ja kiinteille aineille, koska molekyyleillä on vähemmän energiaa ja ne ovat lähempänä toisiaan. Van der Waalsin voimat kuuluvat molekyylien välisten voimien joukkoon, jotka pitävät nesteitä ja kiinteitä aineita yhdessä ja antavat niille niiden ominaispiirteet.
Nesteissä molekyylien väliset voimat ovat edelleen liian heikkoja pitämään molekyylejä paikallaan. Molekyyleillä on tarpeeksi energiaa toistuvasti luoda ja rikkoa molekyylien välisiä sidoksia, liukastua toistensa ohitse ja ottaa niiden säiliön muoto. Esimerkiksi vedessä bipolimolekyylit koostuvat negatiivisesti varautuneesta happiatomista ja kahdesta positiivisesti varautuneesta vetyatomista. Vesidipolit muodostavat vahvat vetysidokset, jotka pitävät vesimolekyylit yhdessä. Tämän seurauksena vedellä on suuri pintajännitys, suuri höyrystymislämpö ja suhteellisen korkea kiehumispiste molekyylin painolle.
Kiinteissä aineissa atomilla on liian vähän energiaa molekyylien välisten voimien sidosten rikkomiseen, ja niitä pidetään yhdessä vain vähän liikettä. Van der Waalsin voimien lisäksi kiinteiden molekyylien käyttäytymiseen voivat vaikuttaa muut molekyylien väliset voimat, kuten ne, jotka muodostavat ioni- tai metallisidoksia. Voimat pitävät kiintoaineiden molekyylit kideverkoissa, kuten timanteissa, metalleissa, kuten kupari, homogeenisissa kiintoaineissa, kuten lasi, tai taipuisissa kiintoaineissa, kuten muovit. Vaikka vahvat kemialliset sidokset, jotka pitävät atomeja yhdessä molekyyleissä, määräävät kemialliset ominaisuudet materiaalien välillä molekyylien väliset voimat, mukaan lukien Van der Waalsin voimat, vaikuttavat fyysiseen ominaisuudet.