As forças de Van der Waals formam ligações eletrostáticas entre as moléculas. Ligações intermoleculares, incluindo ligações de Van der Waals, mantêm as moléculas juntas em líquidos e sólidos e são responsáveis por fenômenos como a tensão superficial em líquidos e cristais em sólidos. As forças intermoleculares são muito mais fracas do que as forças internas que mantêm os átomos unidos nas moléculas, mas ainda são fortes o suficiente para afetar o comportamento e as propriedades de muitos materiais.
TL; DR (muito longo; Não li)
As forças eletrostáticas de Van de Waals atuam entre as moléculas para formar ligações fracas. Os tipos de forças de Van der Waals, da mais forte à mais fraca, são as forças dipolo-dipolo, as forças dipolo induzidas por dipolo e as forças de dispersão de London. A ligação de hidrogênio é baseada em um tipo de força dipolo-dipolo que é especialmente poderosa. Essas forças ajudam a determinar as características físicas dos materiais.
Tipos de forças de Van der Waals
Três tipos de forças de Van der Waals, da mais forte à mais fraca, são as forças dipolo-dipolo, as forças dipolo induzidas por dipolo e as forças de dispersão de London. Dipolos são moléculas polares com pólos carregados negativa e positivamente nas extremidades opostas da molécula. O pólo negativo de uma molécula atrai o pólo positivo de outra molécula, formando uma ligação dipolo-dipolo eletrostática.
Quando uma molécula dipolo carregada se aproxima de uma molécula neutra, ela induz uma carga oposta na molécula neutra, e as cargas opostas se atraem para formar uma ligação dipolo induzida por dipolo. Quando duas moléculas neutras se tornam dipolos temporários porque seus elétrons se acumulam em um lado da molécula, o moléculas neutras são atraídas por forças eletrostáticas chamadas de forças de dispersão de Londres, e podem formar um correspondente ligação.
As forças de dispersão de London são fracas em moléculas pequenas, mas aumentam em força em moléculas maiores, onde muitos dos elétrons estão comparativamente distantes do núcleo carregado positivamente e são livres para se mover em volta. Como resultado, eles podem se acumular de forma assimétrica ao redor da molécula, criando o efeito dipolo temporário. Para moléculas grandes, as forças de dispersão de London tornam-se um fator significativo em seu comportamento.
Quando uma molécula dipolo contém um átomo de hidrogênio, ela pode formar uma ligação dipolo-dipolo especialmente forte, porque o átomo de hidrogênio é pequeno e a carga positiva está concentrada. O aumento da força da ligação torna este um caso especial chamado ligação de hidrogênio.
Como as forças de Van der Waals afetam os materiais
Em gases à temperatura ambiente, as moléculas estão muito distantes e têm muita energia para serem afetadas pelas forças intermoleculares de Van der Waals. Essas forças tornam-se importantes para líquidos e sólidos porque as moléculas têm menos energia e estão mais próximas. As forças de Van der Waals estão entre as forças intermoleculares que mantêm líquidos e sólidos juntos e lhes confere propriedades características.
Em líquidos, as forças intermoleculares ainda são muito fracas para manter as moléculas no lugar. As moléculas têm energia suficiente para fazer e quebrar repetidamente as ligações intermoleculares, deslizando uma pela outra e tomando a forma de seu recipiente. Por exemplo, na água, as moléculas bipolares são compostas por um átomo de oxigênio carregado negativamente e dois átomos de hidrogênio carregados positivamente. Os dipolos de água formam fortes ligações de hidrogênio que mantêm as moléculas de água juntas. Como resultado, a água tem uma alta tensão superficial, um alto calor de vaporização e um ponto de ebulição comparativamente alto para o peso da molécula.
Nos sólidos, os átomos têm pouca energia para quebrar as ligações das forças intermoleculares e são mantidos juntos com pouco movimento. Além das forças de Van der Waals, o comportamento das moléculas de sólidos pode ser influenciado por outras forças intermoleculares, como as que formam ligações iônicas ou metálicas. As forças prendem as moléculas de sólidos em redes de cristal como diamantes, em metais como cobre, em sólidos homogêneos como vidro ou em sólidos flexíveis como plásticos. Enquanto as fortes ligações químicas que mantêm os átomos unidos nas moléculas determinam as características químicas de materiais, as forças intermoleculares, incluindo as forças de Van der Waals influenciam o físico características.