Сили Ван дер Ваальса утворюють електростатичні зв’язки між молекулами. Міжмолекулярні зв’язки, включаючи зв’язки Ван-дер-Ваальса, утримують молекули разом у рідинах та твердих речовинах і відповідають за такі явища, як поверхневий натяг у рідинах та кристали у твердих речовинах. Міжмолекулярні сили набагато слабкіші за внутрішні сили, що утримують атоми разом у молекулах, але вони все ще досить сильні, щоб впливати на поведінку та властивості багатьох матеріалів.
TL; ДР (занадто довгий; Не читав)
Електростатичні сили Ван де Ваальса діють між молекулами, утворюючи слабкі зв’язки. Типи сил Ван дер Ваальса, найсильніші та найслабші, - це диполь-дипольні сили, індуковані диполем дипольні сили та дисперсійні сили Лондона. Водневий зв’язок базується на типі диполь-дипольної сили, яка є особливо потужною. Ці сили допомагають визначити фізичні характеристики матеріалів.
Типи сил Ван дер Ваальса
Три типи сил Ван дер Ваальса, найсильніші та найслабші, - це диполь-дипольні сили, індуковані диполем дипольні сили та дисперсійні сили Лондона. Диполі - це полярні молекули з негативно і позитивно зарядженими полюсами на протилежних кінцях молекули. Негативний полюс однієї молекули притягує позитивний полюс іншої молекули, утворюючи електростатичний диполь-дипольний зв’язок.
Коли заряджена дипольна молекула наближається до нейтральної молекули, вона індукує протилежний заряд у нейтральній молекулі, а протилежні заряди притягуються, утворюючи дипольний індукований дипольний зв’язок. Коли дві нейтральні молекули стають тимчасовими диполями, оскільки їх електрони збираються з одного боку молекули, нейтральні молекули притягуються електростатичними силами, які називаються дисперсійними силами Лондона, і вони можуть утворювати відповідні облігація.
Лондонські сили дисперсії слабкі у малих молекул, але вони збільшують силу у більших молекулах, де багато електронів є порівняно далеко від позитивно зарядженого ядра і вільно рухаються навколо. В результаті вони можуть асиметрично збиратися навколо молекули, створюючи тимчасовий дипольний ефект. Для великих молекул дисперсійні сили Лондона стають важливим фактором їх поведінки.
Коли молекула диполя містить атом водню, вона може утворити особливо міцний диполь-дипольний зв’язок, оскільки атом водню малий і позитивний заряд концентрується. Підвищена міцність зв'язку робить це особливим випадком, який називається водневим зв'язком.
Як Ван дер Ваальс впливає на матеріали
У газах при кімнатній температурі молекули знаходяться занадто далеко один від одного і мають занадто багато енергії, щоб впливати міжмолекулярними силами Ван-дер-Ваальса. Ці сили стають важливими для рідин і твердих речовин, оскільки молекули мають менше енергії і знаходяться ближче. Сили Ван дер Ваальса належать до числа міжмолекулярних сил, що утримують рідини та тверді речовини разом і надають їм характерні властивості.
У рідинах міжмолекулярні сили все ще занадто слабкі, щоб утримувати молекули на місці. Молекули мають достатньо енергії, щоб багаторазово створювати і розривати міжмолекулярні зв’язки, ковзаючи один біля одного і приймаючи форму свого контейнера. Наприклад, у воді біпольні молекули складаються з негативно зарядженого атома кисню та двох позитивно заряджених атомів водню. Водні диполі утворюють міцні водневі зв’язки, що утримують молекули води разом. Як результат, вода має високий поверхневий натяг, високу теплоту випаровування та порівняно високу температуру кипіння для ваги молекули.
У твердих тілах атоми мають занадто мало енергії, щоб розірвати зв’язки міжмолекулярних сил, і вони утримуються разом з незначним рухом. На додаток до сил Ван-дер-Ваальса, на поведінку молекул твердих речовин можуть впливати інші міжмолекулярні сили, такі як ті, що утворюють іонні або металеві зв'язки. Сили утримують молекули твердих речовин у кристалічних гратках, таких як алмази, в металах, таких як мідь, в однорідних твердих речовинах, таких як скло, або в гнучких твердих речовинах, таких як пластмаси. Тоді як міцні хімічні зв’язки, що утримують атоми разом у молекулах, визначають хімічні характеристики матеріалів, міжмолекулярні сили, включаючи сили Ван дер Ваальса, впливають на фізичні характеристики.