กองกำลัง Van Der Waals จับโมเลกุลไว้ด้วยกันได้อย่างไร?

แรง Van der Waals ก่อให้เกิดพันธะไฟฟ้าสถิตระหว่างโมเลกุล พันธะระหว่างโมเลกุลรวมถึงพันธะ Van der Waals ยึดโมเลกุลไว้ด้วยกันในของเหลวและของแข็ง และรับผิดชอบต่อปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น แรงตึงผิวในของเหลวและผลึกในของแข็ง แรงระหว่างโมเลกุลนั้นอ่อนกว่าแรงภายในที่ยึดอะตอมไว้ด้วยกันในโมเลกุลมาก แต่ก็ยังแข็งแรงพอที่จะส่งผลต่อพฤติกรรมและคุณสมบัติของวัสดุหลายชนิด

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

แรงไฟฟ้าสถิต Van de Waals กระทำการระหว่างโมเลกุลเพื่อสร้างพันธะที่อ่อนแอ ประเภทของแรง Van der Waals จากมากไปหาน้อย ได้แก่ แรงไดโพล-ไดโพล แรงไดโพลที่เกิดจากไดโพล และแรงกระจายลอนดอน พันธะไฮโดรเจนขึ้นอยู่กับชนิดของแรงไดโพล-ไดโพลที่มีกำลังสูงเป็นพิเศษ แรงเหล่านี้ช่วยกำหนดลักษณะทางกายภาพของวัสดุ

แรง Van der Waals สามประเภท แรงที่สุดไปหาอ่อนที่สุด ได้แก่ แรงไดโพล-ไดโพล แรงไดโพลที่เกิดจากไดโพล และแรงกระจายลอนดอน ไดโพลเป็นโมเลกุลขั้วที่มีขั้วลบและมีประจุบวกที่ปลายอีกด้านของโมเลกุล ขั้วลบของโมเลกุลหนึ่งดึงดูดขั้วบวกของอีกโมเลกุลหนึ่ง ทำให้เกิดพันธะไดโพล-ไดโพลแบบไฟฟ้าสถิต

เมื่อโมเลกุลไดโพลที่มีประจุเข้าใกล้โมเลกุลที่เป็นกลาง มันจะทำให้เกิดประจุตรงข้ามในโมเลกุลที่เป็นกลาง และประจุตรงข้ามจะดึงดูดให้เกิดพันธะไดโพลที่เกิดจากไดโพล เมื่อโมเลกุลที่เป็นกลางสองโมเลกุลกลายเป็นไดโพลชั่วคราวเนื่องจากอิเล็กตรอนเกิดขึ้นที่ด้านหนึ่งของโมเลกุล โมเลกุลที่เป็นกลางจะถูกดึงดูดด้วยแรงไฟฟ้าสถิตที่เรียกว่าแรงกระจัดกระจายของลอนดอน และพวกมันสามารถก่อตัวเป็นที่สอดคล้องกัน พันธบัตร

แรงกระจายของลอนดอนนั้นอ่อนแอในโมเลกุลขนาดเล็ก แต่พวกมันจะเพิ่มความแข็งแกร่งในโมเลกุลที่ใหญ่กว่าโดยที่ อิเล็กตรอนจำนวนมากอยู่ค่อนข้างไกลจากนิวเคลียสที่มีประจุบวกและสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ รอบ. เป็นผลให้พวกมันอาจสะสมรอบโมเลกุลในลักษณะที่ไม่สมมาตร ทำให้เกิดเอฟเฟกต์ไดโพลชั่วคราว สำหรับโมเลกุลขนาดใหญ่ แรงกระจายลอนดอนกลายเป็นปัจจัยสำคัญในพฤติกรรมของพวกมัน

เมื่อโมเลกุลไดโพลประกอบด้วยอะตอมของไฮโดรเจน มันสามารถสร้างพันธะไดโพลกับไดโพลที่แรงเป็นพิเศษได้ เนื่องจากอะตอมของไฮโดรเจนมีขนาดเล็กและมีประจุบวกเข้มข้น ความแข็งแรงที่เพิ่มขึ้นของพันธะทำให้กรณีพิเศษนี้เรียกว่าพันธะไฮโดรเจน

ในก๊าซที่อุณหภูมิห้อง โมเลกุลอยู่ห่างกันเกินไปและมีพลังงานมากเกินไปที่จะได้รับผลกระทบจากแรง Van der Waals ระหว่างโมเลกุล แรงเหล่านี้มีความสำคัญต่อของเหลวและของแข็ง เนื่องจากโมเลกุลมีพลังงานน้อยกว่าและอยู่ใกล้กันมากขึ้น แรง Van der Waals เป็นหนึ่งในแรงระหว่างโมเลกุลที่ยึดของเหลวและของแข็งไว้ด้วยกัน และให้คุณสมบัติเฉพาะของพวกมัน

ในของเหลว แรงระหว่างโมเลกุลยังคงอ่อนเกินไปที่จะยึดโมเลกุลให้เข้าที่ โมเลกุลมีพลังงานเพียงพอที่จะสร้างและทำลายพันธะระหว่างโมเลกุลซ้ำแล้วซ้ำอีก เลื่อนผ่านกันและกันและกลายเป็นภาชนะของพวกมัน ตัวอย่างเช่น ในน้ำ โมเลกุลของไบโพลประกอบด้วยอะตอมออกซิเจนที่มีประจุลบและอะตอมของไฮโดรเจนที่มีประจุบวกสองอะตอม ไดโพลน้ำก่อให้เกิดพันธะไฮโดรเจนที่แข็งแกร่งซึ่งยึดโมเลกุลของน้ำไว้ด้วยกัน เป็นผลให้น้ำมีแรงตึงผิวสูง ความร้อนสูงของการกลายเป็นไอ และมีจุดเดือดที่ค่อนข้างสูงสำหรับน้ำหนักของโมเลกุล

ในของแข็ง อะตอมมีพลังงานน้อยเกินไปที่จะทำลายพันธะของแรงระหว่างโมเลกุล และพวกมันจะถูกยึดเข้าด้วยกันด้วยการเคลื่อนไหวเพียงเล็กน้อย นอกจากแรง Van der Waals แล้ว พฤติกรรมของโมเลกุลของของแข็งอาจได้รับอิทธิพลจากแรงระหว่างโมเลกุลอื่นๆ เช่น แรงที่ก่อตัวเป็นพันธะไอออนิกหรือพันธะโลหะ แรงยึดโมเลกุลของของแข็งไว้ในตะแกรงผลึก เช่น เพชร ในโลหะ เช่น ทองแดง ในของแข็งที่เป็นเนื้อเดียวกัน เช่น แก้ว หรือในของแข็งที่ยืดหยุ่นได้ เช่น พลาสติก ในขณะที่พันธะเคมีที่แข็งแกร่งซึ่งยึดอะตอมไว้ด้วยกันในโมเลกุลจะเป็นตัวกำหนดลักษณะทางเคมี ของวัสดุ แรงระหว่างโมเลกุลรวมทั้งแรง Van der Waals มีอิทธิพลต่อกายภาพ ลักษณะเฉพาะ.