Vad är Van der Waals styrkor?

Van der Waals krafter är de svaga krafterna som bidrar till intermolekylär bindning mellan molekyler. Molekyler innehar energi och deras elektroner är alltid i rörelse, så övergående koncentrationer av elektroner i en eller annan region leder till att elektriskt positiva regioner av en molekyl attraheras av en annan molekyls elektroner. På liknande sätt stöts negativt laddade regioner av en molekyl bort av negativt laddade regioner av en annan molekyl.

Van der Waals krafter är summan av de attraherande och frånstötande elektriska krafterna mellan atomer och molekyler. Dessa krafter skiljer sig från kovalenta och joniska kemiska bindningar eftersom de beror på fluktuationer i laddningstätheten hos partiklar. Exempel på van der Waals-krafter inkluderar vätebindning, dispersionskrafter och dipol-dipol-interaktioner.

Nyckelalternativ: Van der Waals Forces

Van der Waals krafter är avstånd -beroende krafter mellan atomer och molekyler som inte är associerade med kovalenta eller joniska kemiska bindningar.

Ibland används termen att omfatta alla intermolekylära krafter, även om vissa vetenskapsmän bara inkluderar Londons spridningskraft, Debye-kraft och Keesom-kraft.

Van der Waals krafter är de svagaste av de kemiska krafterna, men de spelar fortfarande en viktig roll i molekylernas egenskaper och i ytvetenskap.

Egenskaper för Van der Waals Forces

Vissa egenskaper visas av van der Waals krafter:

  • De är additiv.
  • De är svagare än antingen joniska eller kovalenta kemiska bindningar.

    De är inte riktade.

  • De agerar bara över en mycket kort räckvidd. Interaktionen blir större när molekyler närmar sig.
  • De är oberoende av temperatur, med undantag för dipol- dipolinteraktioner.

    Komponenter i Van der Waals styrkor

    Van der Waals krafter är de svagaste intermolekylära krafterna. Deras styrka sträcker sig vanligtvis från 0,4 kilojoule per mol (kJ/mol) till 4 kJ/mol och verkar över avstånd på mindre än 0,6 nanometer (nm). När avståndet är mindre än 0,4 nm är nettoeffekten av krafterna frånstötande eftersom elektronmoln stöter bort varandra.

      Det finns fyra stora bidrag till van der Waals styrkor:

        En negativ komponent förhindrar molekyler från att kollapsa. Detta beror på Paulis uteslutningsprincip.

        Antingen en attraktiv eller en frånstötande elektrostatisk interaktion inträffar mellan permanenta laddningar , dipoler, kvadrupoler och multipoler. Denna interaktion kallas Keesom-interaktion eller Keesom-kraft, uppkallad efter Willem Hendrik Keesom.

        Induktion eller polarisering inträffar. Detta är en attraktionskraft mellan en permanent polaritet på en molekyl och en inducerad polaritet på en annan. Denna interaktion kallas Debye-kraften, för Peter JW Debye.

        Londons spridningskraft är attraktionen mellan alla molekylpar på grund av momentan polarisering. Styrkan är uppkallad efter Fritz London. Observera att även opolära molekyler upplever London-spridning.

        Van der Waals styrkor, geckos och leddjur

        Geckos, insekter och vissa spindlar har setae på fotdynorna som gör att de kan klättra på extremt släta ytor som glas. Faktum är att en gecko till och med kan hänga från en enda tå! Forskare har erbjudit flera förklaringar till fenomenet, men det visar sig att den primära orsaken till vidhäftningen, mer än van der Waals krafter eller kapillärverkan, är elektrostatisk kraft.

        Forskare har tagit fram torrt lim och tejp baserat på analys av gecko och spindelfötter. Klibbigheten är ett resultat av små kardborreliknande hårstrån och lipider som finns på geckofötter.

        Geckofötter är klibbiga på grund av van der Waals-krafter, elektrostatiska krafter och lipider som finns på huden. Stephan Hoerold / Getty Images

        Real-Life Spider-Man

        2014 testade Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) sin gecko-inspirerat Geckskin, ett material baserat på setae av gecko fotkuddar och avsett att ge militär personal Spider-Man-liknande förmågor. En forskare på 220 pund som bar på ytterligare 45 pund redskap tog fram en 26 fot lång glasvägg med hjälp av två klätterpaddlar.

        Forskare har hittat ett sätt att använda van der Waals krafter för att hjälpa människor att hålla fast vid släta ytor, som glas och väggar. OrangeDukeProductions / Get ty Images

          Källor

          Kellar, Autumn, et al. ”Bevis för Van der Waals vidhäftning i Gecko Setae.” Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 99, nr. 19, 2002, 12252–6. doi:10.1073/pnas.192252799.

          Dzyaloshinskii, IE, et al. ”Allmän teori om Van der Waals styrkor.” Sovjetisk fysik Uspekhi, vol. 4, nr. 2, 1961. doi:10.1070/PU1961v004n02ABEH003330.

          Israelachvili, J. Intermolekylära krafter och ytkrafter

          . Academic Press, 1985.

        • Parsegian, VA Van der Waals Forces: En handbok för biologer, kemister, ingenjörer och fysiker.
          Cambridge University Press, 2005.

        • Wolff, JO, Gorb, SN ”Fuktighetens inverkan på spindelns vidhäftningsförmåga

          Philodromus dispar (Araneae, Philodromidae).” Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences

          , vol . 279, nr. 1726, 2011. doi: 10.1098/rspb.2011.0505.

        Lämna ett svar

        Relaterade Inlägg