Van der Waals-krafter bildar elektrostatiska bindningar mellan molekyler. Intermolekylära bindningar inklusive Van der Waals-bindningar håller molekylerna samman i vätskor och fasta ämnen och är ansvariga för fenomen som ytspänningen i vätskor och kristaller i fasta ämnen. De intermolekylära krafterna är mycket svagare än de inre krafterna som håller atomer samman i molekyler, men de är fortfarande tillräckligt starka för att påverka beteendet och egenskaperna hos många material.
TL; DR (för lång; Läste inte)
Elektrostatiska Van de Waals-krafter verkar mellan molekyler för att bilda svaga bindningar. De typer av Van der Waals-krafter, starkaste till svagaste, är dipol-dipolkrafter, dipolinducerade dipolkrafter och Londons dispersionskrafter. Vätebindningen baseras på en typ av dipol-dipolkraft som är särskilt kraftig. Dessa krafter hjälper till att bestämma de fysiska egenskaperna hos material.
Typer av Van der Waals styrkor
Tre typer av Van der Waals-krafter, starkaste till svagaste, är dipol-dipolkrafter, dipolinducerade dipolkrafter och London-dispersionskrafterna. Dipoler är polära molekyler med negativt och positivt laddade poler i motsatta ändar av molekylen. Den negativa polen i en molekyl drar till sig den positiva polen i en annan molekyl och bildar en elektrostatisk dipol-dipolbindning.
När en laddad dipolmolekyl kommer nära en neutral molekyl inducerar den en motsatt laddning i den neutrala molekylen, och de motsatta laddningarna lockar till att bilda en dipolinducerad dipolbindning. När två neutrala molekyler blir tillfälliga dipoler eftersom deras elektroner råkar samlas på ena sidan av molekylen, neutrala molekyler lockas med elektrostatiska krafter som kallas Londons dispersionskrafter och de kan bilda en motsvarande obligation.
Londons dispersionskrafter är svaga i små molekyler, men de ökar i styrka i större molekyler där många av elektronerna är relativt långt ifrån den positivt laddade kärnan och är fria att röra sig runt omkring. Som ett resultat kan de samlas på ett asymmetriskt sätt runt molekylen, vilket skapar den tillfälliga dipoleffekten. För stora molekyler blir dispersionskrafterna i London en viktig faktor i deras beteende.
När en dipolmolekyl innehåller en väteatom kan den bilda en särskilt stark dipol-dipolbindning, eftersom väteatomen är liten och den positiva laddningen är koncentrerad. Den ökade styrkan hos bindningen gör detta till ett speciellt fall som kallas vätebindningen.
Hur Van der Waals styrkor påverkar material
I gaser vid rumstemperatur ligger molekylerna för långt ifrån varandra och har för mycket energi för att påverkas av intermolekylära Van der Waals-krafter. Dessa krafter blir viktiga för vätskor och fasta ämnen eftersom molekylerna har mindre energi och ligger närmare varandra. Van der Waals-krafterna är bland de intermolekylära krafterna som håller vätskor och fasta ämnen ihop och ger dem sina karakteristiska egenskaper.
I vätskor är intermolekylära krafter fortfarande för svaga för att hålla molekylerna på plats. Molekylerna har tillräckligt med energi för att upprepade gånger skapa och bryta de intermolekylära bindningarna, glida förbi varandra och ta formen av deras behållare. I vatten består till exempel bipolmolekylerna av en negativt laddad syreatom och två positivt laddade väteatomer. Vattendipolerna bildar starka vätebindningar som håller vattenmolekylerna ihop. Som ett resultat har vatten en hög ytspänning, en hög förångningsvärme och en relativt hög kokpunkt för molekylens vikt.
I fasta ämnen har atomerna för lite energi för att bryta bindningarna mellan de intermolekylära krafterna och de hålls samman med liten rörelse. Förutom Van der Waals-krafter kan beteendet hos fasta molekyler påverkas av andra intermolekylära krafter, såsom de som bildar joniska eller metalliska bindningar. Krafterna håller molekylerna av fasta ämnen i kristallgaller som diamanter, i metaller som koppar, i homogena fasta ämnen såsom glas eller i flexibla fasta ämnen såsom plast. Medan de starka kemiska bindningarna som håller atomer samman i molekyler bestämmer de kemiska egenskaperna av material, påverkar de intermolekylära krafterna inklusive Van der Waals-krafterna det fysiska egenskaper.