ファンデルワールス力は、分子間に静電結合を形成します。 ファンデルワールス結合を含む分子間結合は、液体と固体の分子を一緒に保持し、液体の表面張力や固体の結晶などの現象の原因となります。 分子間力は、原子を分子内にまとめる内力よりもはるかに弱いですが、それでも多くの材料の挙動や特性に影響を与えるほど強力です。
TL; DR（長すぎる; 読んでいない）
静電ファンデルワールス力が分子間に作用して弱い結合を形成します。 ファンデルワールス力のタイプは、最も強いものから最も弱いものまで、双極子-双極子力、双極子誘起双極子力、およびロンドン分散力です。 水素結合は、特に強力な双極子-双極子力のタイプに基づいています。 これらの力は、材料の物理的特性を決定するのに役立ちます。
ファンデルワールス力の種類
ファンデルワールス力には、最も強いものから最も弱いものまで、双極子-双極子力、双極子誘起双極子力、ロンドン分散力の3種類があります。 双極子は、分子の両端に負および正に帯電した極を持つ極性分子です。 ある分子の負極が別の分子の正極を引き付け、静電双極子-双極子結合を形成します。
帯電した双極子分子が中性分子に近づくと、中性分子に反対の電荷が誘導され、反対の電荷が引き付けられて双極子誘導双極子結合が形成されます。 2つの中性分子が一時的な双極子になると、それらの電子がたまたま分子の片側に集まり、 中性分子はロンドン分散力と呼ばれる静電力で引き付けられ、対応するものを形成することができます つなぐ。
ロンドン分散力は、小さな分子では弱いですが、大きな分子では強度が増します。 電子の多くは、正に帯電した原子核から比較的遠く離れており、自由に動くことができます。 周り。 その結果、それらは分子の周りに非対称的に集まり、一時的な双極子効果を生み出す可能性があります。 大きな分子の場合、ロンドン分散力がそれらの挙動の重要な要素になります。
双極子分子に水素原子が含まれている場合、水素原子が小さく、正電荷が集中しているため、特に強い双極子-双極子結合を形成できます。 結合の強度が増すと、これは水素結合と呼ばれる特殊なケースになります。
ファンデルワールス力が材料に与える影響
室温の気体では、分子が離れすぎてエネルギーが大きすぎて、分子間ファンデルワールス力の影響を受けません。 これらの力は、分子のエネルギーが少なく、互いに接近しているため、液体と固体にとって重要になります。 ファンデルワールス力は、液体と固体を一緒に保持し、それらに特徴的な特性を与える分子間力の1つです。
液体では、分子間力はまだ弱すぎて分子を所定の位置に保持できません。 分子は、分子間結合を繰り返し作成および切断し、互いにすべり、それらの容器の形をとるのに十分なエネルギーを持っています。 たとえば、水中では、双極子分子は負に帯電した酸素原子と2つの正に帯電した水素原子で構成されています。 水双極子は、水分子を一緒に保持する強力な水素結合を形成します。 その結果、水は表面張力が高く、蒸発熱が高く、分子量に対して比較的高い沸点を持っています。
固体では、原子のエネルギーが少なすぎて分子間力の結合を切断できず、ほとんど運動せずに結合されます。 ファンデルワールス力に加えて、固体の分子の挙動は、イオン結合または金属結合を形成する力など、他の分子間力の影響を受ける可能性があります。 力は、ダイヤモンドなどの結晶格子、銅などの金属、ガラスなどの均質な固体、またはプラスチックなどの柔軟な固体に固体の分子を保持します。 一方、分子内で原子をまとめる強力な化学結合が化学的特性を決定します 材料の場合、ファンデルワールス力を含む分子間力が物理に影響を与えます 特性。