Vysvetľujeme, čo sú to Van der Waalsove sily a v ktorých prípadoch sa prejavujú. Tiež, prečo majú taký názov a ich vlastnosti.
Aké sú sily Van der Waalsa?
Je známy ako Van der Waalsove sily alebo Van der Waalsove interakcie s určitým typom príťažlivých alebo odpudivých medzimolekulových síl, odlišných od tých, ktoré vytvárajú atómové väzby (iónový, kovové alebo kovalentný mriežkový typ) alebo elektrostatická príťažlivosť medzi nimi ióny a ďalšie molekuly.
Pred zmienkou o rôznych typoch Van der Waalsových síl je dôležité pochopiť, čo je chemická polarita. Chemická polarita je vlastnosť molekúl, ktoré majú tendenciu oddeľovať elektrické náboje vo svojej štruktúre.Ide o vlastnosť úzko súvisiacu s medzimolekulovými silami (ako sú sily Van der Waalsa), s rozpustnosť a s bodmi fúzia Y vriaci. V závislosti od polarity sa molekuly delia na:
- Polárne molekuly. Sú tvorené tým atómov s veľmi odlišnou elektronegativitou. Atóm s najvyššou elektronegativitou sa priťahuje elektróny väzby a zostane na nej záporná hustota náboja. Na druhej strane atóm s nižšou elektronegativitou bude mať na sebe kladnú hustotu náboja. Toto rozloženie nábojov nakoniec povedie k vytvoreniu dipólu (systém dvoch nábojov opačného znamienka a rovnakej veľkosti).
- Nepolárne molekuly. Skladajú sa z atómov s rovnakou elektronegativitou, takže všetky atómy priťahujú elektróny väzby rovnakým spôsobom.
Faktor, ktorý tiež určuje polaritu molekuly, je molekulová symetria. Existujú molekuly zložené z atómov rôznej elektronegativity, ktoré však nie sú polárne. K tomu dochádza, pretože keď sa pridajú rôzne hustoty náboja častí molekuly, tieto sa rušia a výsledkom je nulový dipólový moment.
Takže sily Van der Waalsa sa prejavujú tromi konkrétnymi spôsobmi:
- Keesomove príťažlivé sily (dipól-dipólové interakcie). Sú to interakcie medzi polárnymi molekulami, teda trvalo polarizované. Tieto molekuly majú teda kladný pól (s kladnou hustotou náboja 𝛅 +) a záporný pól (s hustotou záporného náboja 𝛅–) a sú orientované tak, že kladný pól sa približuje k zápornému pólu.
- Debyeove príťažlivé sily (permanentné dipólovo indukované dipólové interakcie). Prebiehajú medzi polárnou molekulou a nepolárnou molekulou, ale to predstavuje indukovanú polaritu. Pri tomto type interakcie dipól indukuje prechodný dipól v nepolárnej molekule.
- Londýnske rozptylové sily (indukovaný dipól indukovaný dipólom). Sú to interakcie, ktoré sa vyskytujú medzi nepolárnymi molekulami. Pohyb elektrónov v týchto molekulách indukuje prechodné dipóly, čo spôsobuje určitú príťažlivosť medzi nimi. Sú to veľmi slabé interakcie.
Všetky tieto medzimolekulové sily sú známe ako Van der Waalsove sily, čo je názov, ktorý vzdáva poctu holandskému fyzikovi Johannesovi Diderikovi van der Waalsovi (1837-1923), ktorý ako prvý navrhol ich účinky na stavové rovnice plynu (známe ako Van der Waalsova rovnica) v roku 1873. Za tento objav mu bola v roku 1910 udelená Nobelova cena za fyziku.
Charakteristika Van der Waalsových síl
Van der Waalsove sily rastú s dĺžkou nepolárneho konca látky.
Van der Waalsove sily sú vo všeobecnosti slabé porovnanie s chemické väzby bežné, čo im nebráni byť základom pre rôzne oblasti fyzické, biológia a strojárstvo. Vďaka nim mnohí chemické zlúčeniny možno definovať.
Van der Waalsove sily rastú s dĺžka nepolárneho konca a látka, pretože sú spôsobené koreláciami medzi kolísavými polarizáciami medzi atómami, molekulami alebo blízkymi povrchmi, čo je dôsledok kvantovej dynamiky.
Vykazujú anizotropiu, to znamená, že ich vlastnosti sa líšia v závislosti od orientácie molekúl: často závisí od toho, či sú atraktívne alebo odpudivé.
Tieto sily sú najslabšie, ktoré sa vyskytujú medzi molekulami v prírody: Na ich prekonanie je potrebných len 0,1 až 35 kJ/mol energie. Sú však rozhodujúce pre vznik proteín.