Sisältö
- TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
- Van der Waals -joukkojen tyypit
- Kuinka Van der Waals pakottaa materiaalit
Van der Waals -voimat muodostavat sähköstaattiset sidokset molekyylien välillä. Molekyyliset sidokset, mukaan lukien Van der Waals -sidokset, pitävät molekyylit yhdessä nesteissä ja kiinteissä aineissa ja ovat vastuussa ilmiöistä, kuten nesteiden pintajännityksestä ja kiinteiden aineiden kiteistä. Molekyylien väliset voimat ovat paljon heikompia kuin sisäiset voimat, jotka pitävät atomeja yhdessä molekyyleissä, mutta ne ovat silti riittävän vahvoja vaikuttamaan monien materiaalien käyttäytymiseen ja ominaisuuksiin.
TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
Sähköstaattiset Van de Waals -voimat vaikuttavat molekyylien välillä muodostamaan heikkoja sidoksia. Van der Waals -voimien tyypit, voimakkaimmista heikoimpiin, ovat dipoli-dipoli-voimat, dipolin aiheuttamat dipoli-voimat ja Lontoon hajontavoimat. Vety sidos perustuu erityisen voimakkaaseen dipoli-dipoli-voimaan. Nämä voimat auttavat määrittämään materiaalien fysikaaliset ominaisuudet.
Van der Waals -joukkojen tyypit
Kolme tyyppiä Van der Waals -voimia, voimakkaimmista heikoimpiin, ovat dipoli-dipoli-voimat, dipolin aiheuttamat dipolivoimat ja Lontoon hajontavoimat. Dipolit ovat polaarisia molekyylejä, joilla on negatiivisesti ja positiivisesti varautuneet navat molekyylin vastakkaisissa päissä. Yhden molekyylin negatiivinen napa houkuttelee toisen molekyylin positiivisen navan, muodostaen sähköstaattisen dipoli-dipolisidoksen.
Kun varautunut dipolimolekyyli tulee lähellä neutraalia molekyyliä, se indusoi vastakkaisen varauksen neutraalissa molekyylissä, ja vastakkaiset varaukset houkuttelevat muodostamaan dipolin indusoiman dipolisidoksen. Kun kahdesta neutraalista molekyylistä tulee väliaikaisia dipoleja, koska niiden elektronit sattuvat keräämään molekyylin toiselle puolelle, neutraalit molekyylit houkuttelevat sähköstaattisilla voimilla, joita kutsutaan Lontoon dispersiovoimiksi, ja ne voivat muodostaa vastaavan sidoksen.
Lontoon dispersiovoimat ovat heikkoja pienissä molekyyleissä, mutta niiden vahvuus kasvaa suurissa molekyyleissä, joissa monet elektronit ovat suhteellisen kaukana positiivisesti varautuneesta ytimestä ja voivat liikkua vapaasti. Seurauksena ovat, että ne voivat kerätä epäsymmetrisesti molekyylin ympäri, luomalla väliaikaisen dipoliefektin. Suurille molekyyleille Lontoon dispersiovoimista tulee merkittävä tekijä heidän käyttäytymisessään.
Kun dipolimolekyyli sisältää vetyatomin, se voi muodostaa erityisen vahvan dipoli-dipolisidoksen, koska vetyatomi on pieni ja positiivinen varaus on keskittynyt. Sidoksen lisääntynyt lujuus tekee tästä erityistapauksen, jota kutsutaan vety- sidokseksi.
Kuinka Van der Waals pakottaa materiaalit
Huonekaasun lämpötilassa olevissa kaasuissa molekyylit ovat liian kaukana toisistaan ja niissä on liikaa energiaa molekyylienvälisten Van der Waals -voimien vaikutukseen. Näistä voimista tulee tärkeitä nesteille ja kiinteille aineille, koska molekyyleillä on vähemmän energiaa ja ne ovat lähempänä toisiaan. Van der Waals -voimat ovat molekyylien välisten voimien joukossa, jotka pitävät nesteitä ja kiinteitä aineita yhdessä ja antavat niille ominaispiirteensä.
Nesteissä molekyylien väliset voimat ovat edelleen liian heikkoja pitämään molekyylejä paikoillaan. Molekyyleillä on tarpeeksi energiaa toistuvasti muodostaa ja hajottaa molekyylien välisiä sidoksia, liu'uttaen toistensa ohi ja muodostaen säiliönsä muodossa. Esimerkiksi vedessä bipolimolekyylit koostuvat negatiivisesti varautuneesta happiatomista ja kahdesta positiivisesti varautuneesta vetyatomista. Vesidipolit muodostavat vahvat vety sidokset, jotka pitävät vesimolekyylit yhdessä. Seurauksena vedellä on korkea pintajännitys, suuri höyrystymislämpö ja suhteellisen korkea kiehumispiste molekyylin painolle.
Kiinteissä aineissa atomeilla on liian vähän energiaa katkaistakseen molekyylien välisten voimien sidokset, ja niitä pidetään yhdessä pienellä liikkeellä. Van der Waals -voimien lisäksi kiinteiden aineiden molekyylien käyttäytymiseen voivat vaikuttaa muut molekyylien väliset voimat, kuten ne, jotka muodostavat ionisia tai metallisia sidoksia. Voimat pitävät kiintoaineiden molekyylit kidehilassa, kuten timanteissa, metalleissa, kuten kuparissa, homogeenisissa kiintoaineissa, kuten lasi, tai joustavissa kiintoaineissa, kuten muoveissa. Vaikka vahvat kemialliset sidokset, jotka pitävät atomeja yhdessä molekyyleissä, määräävät materiaalien kemialliset ominaisuudet, molekyylien väliset voimat, mukaan lukien Van der Waals -voimat, vaikuttavat fysikaalisiin ominaisuuksiin.