Forțele Van der Waals formează legături electrostatice între molecule. Legăturile intermoleculare, inclusiv legăturile Van der Waals, țin moleculele împreună în lichide și solide și sunt responsabile pentru fenomene precum tensiunea superficială în lichide și cristalele în solide. Forțele intermoleculare sunt mult mai slabe decât forțele interne care țin atomi împreună în molecule, dar sunt încă suficient de puternice pentru a afecta comportamentul și proprietățile multor materiale.
TL; DR (Prea lung; Nu am citit)
Forțele electrostatice Van de Waals acționează între molecule pentru a forma legături slabe. Tipurile de forțe Van der Waals, de la cele mai puternice la cele mai slabe, sunt forțele dipol-dipol, forțele dipol induse de dipol și forțele de dispersie din Londra. Legătura de hidrogen se bazează pe un tip de forță dipol-dipol deosebit de puternică. Aceste forțe ajută la determinarea caracteristicilor fizice ale materialelor.
Tipuri de forțe Van der Waals
Trei tipuri de forțe Van der Waals, de la cele mai puternice la cele mai slabe, sunt forțele dipol-dipol, forțele dipol induse de dipol și forțele de dispersie din Londra. Dipolii sunt molecule polare cu poli încărcați negativ și pozitiv la capetele opuse ale moleculei. Polul negativ al unei molecule atrage polul pozitiv al altei molecule, formând o legătură electrostatică dipol-dipol.
Când o moleculă dipol încărcată se apropie de o moleculă neutră, aceasta induce o sarcină opusă în molecula neutră, iar sarcinile opuse se atrag pentru a forma o legătură dipol indusă de dipol. Când două molecule neutre devin dipoli temporari, deoarece electronii lor se adună pe o parte a moleculei moleculele neutre sunt atrase cu forțe electrostatice numite forțe de dispersie din Londra și pot forma o corespondență legătură.
Forțele de dispersie din Londra sunt slabe în molecule mici, dar cresc în rezistență în molecule mai mari unde mulți dintre electroni sunt relativ departe de nucleul încărcat pozitiv și sunt liberi să se miște în jurul. Ca urmare, se pot colecta într-un mod asimetric în jurul moleculei, creând efectul dipol temporar. Pentru moleculele mari, forțele de dispersie din Londra devin un factor semnificativ în comportamentul lor.
Atunci când o moleculă dipol conține un atom de hidrogen, aceasta poate forma o legătură dipol-dipol deosebit de puternică, deoarece atomul de hidrogen este mic și sarcina pozitivă este concentrată. Forța crescută a legăturii face din acest caz un caz special numit legătură de hidrogen.
Cum afectează forțele Van der Waals materialele
În gazele la temperatura camerei, moleculele sunt prea depărtate și au prea multă energie pentru a fi afectate de forțele Van der Waals intermoleculare. Aceste forțe devin importante pentru lichide și solide, deoarece moleculele au mai puțină energie și sunt mai apropiate. Forțele Van der Waals se numără printre forțele intermoleculare care țin lichide și solide împreună și le conferă proprietățile lor caracteristice.
În lichide, forțele intermoleculare sunt încă prea slabe pentru a menține moleculele la locul lor. Moleculele au suficientă energie pentru a face și rupe în mod repetat legăturile intermoleculare, alunecând una peste alta și luând forma containerului lor. De exemplu, în apă, moleculele bipolare sunt formate dintr-un atom de oxigen încărcat negativ și doi atomi de hidrogen încărcați pozitiv. Dipolii de apă formează legături puternice de hidrogen care țin împreună moleculele de apă. Ca urmare, apa are o tensiune superficială ridicată, o căldură ridicată de vaporizare și un punct de fierbere relativ ridicat pentru greutatea moleculei.
În solide, atomii au prea puțină energie pentru a rupe legăturile forțelor intermoleculare și sunt ținute împreună cu mișcare mică. În plus față de forțele Van der Waals, comportamentul moleculelor solidelor poate fi influențat de alte forțe intermoleculare, cum ar fi cele care formează legături ionice sau metalice. Forțele dețin moleculele de solide în rețelele de cristal, cum ar fi diamantele, în metalele precum cuprul, în solidele omogene, cum ar fi sticla sau în solidele flexibile, cum ar fi plasticele. În timp ce legăturile chimice puternice care țin atomi împreună în molecule determină caracteristicile chimice de materiale, forțele intermoleculare, inclusiv forțele Van der Waals, influențează fizicul caracteristici.