Силы Ван-дер-Ваальса образуют электростатические связи между молекулами. Межмолекулярные связи, в том числе связи Ван-дер-Ваальса, удерживают молекулы вместе в жидкостях и твердых телах и несут ответственность за такие явления, как поверхностное натяжение в жидкостях и кристаллы в твердых телах. Межмолекулярные силы намного слабее внутренних сил, удерживающих атомы вместе в молекулах, но они все же достаточно сильны, чтобы влиять на поведение и свойства многих материалов.
TL; DR (слишком длинный; Не читал)
Между молекулами действуют электростатические силы Ван-де-Ваальса, образуя слабые связи. Типы сил Ван-дер-Ваальса, от самых сильных до самых слабых, - это диполь-дипольные силы, диполь-индуцированные дипольные силы и силы Лондонской дисперсии. Водородная связь основана на особенно мощной диполь-дипольной силе. Эти силы помогают определить физические характеристики материалов.
Типы сил Ван-дер-Ваальса
Три типа сил Ван-дер-Ваальса, от самых сильных до самых слабых, - это диполь-дипольные силы, дипольные дипольные силы и силы лондонской дисперсии. Диполи - это полярные молекулы с отрицательно и положительно заряженными полюсами на противоположных концах молекулы. Отрицательный полюс одной молекулы притягивает положительный полюс другой молекулы, образуя электростатическую диполь-дипольную связь.
Когда заряженная дипольная молекула приближается к нейтральной молекуле, она вызывает противоположный заряд в нейтральной молекуле, и противоположные заряды притягиваются, образуя дипольную связь, индуцированную диполем. Когда две нейтральные молекулы становятся временными диполями, потому что их электроны собираются на одной стороне молекулы, нейтральные молекулы притягиваются электростатическими силами, называемыми лондонскими силами дисперсии, и они могут образовывать соответствующие связь.
Лондонские дисперсионные силы слабы в малых молекулах, но они увеличиваются в силе в более крупных молекулах, где многие электроны сравнительно далеки от положительно заряженного ядра и могут свободно перемещаться вокруг. В результате они могут асимметрично собираться вокруг молекулы, создавая временный дипольный эффект. Для больших молекул лондонские дисперсионные силы становятся существенным фактором в их поведении.
Когда дипольная молекула содержит атом водорода, она может образовывать особенно прочную диполь-дипольную связь, потому что атом водорода мал, а положительный заряд концентрирован. Повышенная прочность связи делает это особым случаем, называемым водородной связью.
Как силы Ван-дер-Ваальса влияют на материалы
В газах при комнатной температуре молекулы расположены слишком далеко друг от друга и обладают слишком большой энергией, чтобы на них влияли межмолекулярные силы Ван-дер-Ваальса. Эти силы становятся важными для жидкостей и твердых тел, потому что молекулы обладают меньшей энергией и расположены ближе друг к другу. Силы Ван-дер-Ваальса относятся к числу межмолекулярных сил, удерживающих жидкости и твердые тела вместе и придающих им их характерные свойства.
В жидкостях межмолекулярные силы все еще слишком слабы, чтобы удерживать молекулы на месте. У молекул достаточно энергии, чтобы многократно создавать и разрывать межмолекулярные связи, скользя друг мимо друга и принимая форму своего контейнера. Например, в воде бипольные молекулы состоят из отрицательно заряженного атома кислорода и двух положительно заряженных атомов водорода. Диполи воды образуют прочные водородные связи, удерживающие молекулы воды вместе. В результате вода имеет высокое поверхностное натяжение, высокую теплоту испарения и сравнительно высокую температуру кипения для веса молекулы.
В твердых телах у атомов слишком мало энергии, чтобы разорвать связи межмолекулярных сил, и они удерживаются вместе с небольшим движением. В дополнение к силам Ван-дер-Ваальса на поведение молекул твердых тел могут влиять другие межмолекулярные силы, например те, которые образуют ионные или металлические связи. Силы удерживают молекулы твердых тел в кристаллических решетках, таких как алмазы, в металлах, таких как медь, в однородных твердых телах, таких как стекло, или в гибких твердых телах, таких как пластмассы. В то время как сильные химические связи, которые удерживают атомы вместе в молекулах, определяют химические характеристики материалов, межмолекулярные силы, включая силы Ван-дер-Ваальса, влияют на физический характеристики.
