Van der Waals tvingar egenskaper och komponenter

Van der Waals-krafter är de svaga krafterna som bidrar till intermolekylär bindning mellan molekyler. Molekyler har i sig natur energi och deras elektroner är alltid i rörelse, så att transienta koncentrationer av elektroner i en eller annan region leder elektriskt positiva regioner i en molekyl för att lockas till elektronerna i en annan molekyl. På liknande sätt avvisas negativt laddade regioner i en molekyl av negativt laddade regioner i en annan molekyl.

Van der Waals-krafter är summan av de attraktiva och avvisande elektriska krafterna mellan atomer och molekyler. Dessa krafter skiljer sig från kovalent och jonisk kemisk bindning eftersom de är resultatet av fluktuationer i partiklarnas laddningstäthet. Exempel på van der Waals-krafter inkluderar vätebindning, dispersionskrafter och dipol-dipol-interaktioner.

Key Takeaways: Van der Waals Forces

Van der Waals-krafter är avståndsberoende krafter mellan atomer och molekyler som inte är associerade med kovalenta eller joniska kemiska bindningar.
Ibland används termen för att omfatta alla intermolekylära styrkor, även om vissa forskare bara inkluderar bland dem London-spridningsstyrkan, Debye-styrkan och Keesom-styrkan.
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 hos Van der Waals Forces

Vissa egenskaper visas av van der Waals-krafter:

De är tillsatser.
De är svagare än antingen joniska eller kovalenta kemiska bindningar.
De är inte riktade.
De agerar endast på mycket kort räckvidd. Interaktionen är större när molekyler närmar sig.
De är oberoende av temperatur, med undantag för dipol-dipol-interaktioner.

Komponenter i Van der Waals Forces

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 krafternas nettoeffekt avvisande eftersom elektronmoln avvisar varandra.

Det finns fyra stora bidrag till van der Waals styrkor:

En negativ komponent förhindrar molekyler från att kollapsa. Detta beror på Pauli-uteslutningsprincipen.
Antingen uppträder en attraktiv eller en avvisande elektrostatisk interaktion mellan permanenta laddningar, dipoler, fyrdubblar och multipoler. Denna interaktion kallas Keesom-interaktion eller Keesom-kraft, uppkallad efter Willem Hendrik Keesom.
Induktion eller polarisering sker. Detta är en attraktiv kraft mellan en permanent polaritet på en molekyl och en inducerad polaritet på en annan. Denna interaktion kallas Debye-kraften för Peter J.W. Debye.
Londons spridningskraft är attraktionen mellan alla par molekyler på grund av omedelbar polarisering. Styrken är uppkallad efter Fritz London. Observera att även icke-polära molekyler upplever Londons spridning.

Van der Waals styrkor, gekkoer och leddjur

Gekko, insekter och vissa spindlar har setae på kudden på deras fötter som gör att de kan klättra extremt släta ytor som glas. I själva verket kan en gekko till och med hänga från en enda tå! Forskare har erbjudit flera förklaringar till fenomenet, men det visar sig att den främsta orsaken till vidhäftningen, mer än van der Waals-krafter eller kapillärverkan, är elektrostatisk kraft.

Forskare har producerat torrlim och tejp baserat på analys av gecko och spindelfötter. Klibbigheten är resultatet av små kardborrliknande hår och lipider som finns på geckofötter.

Gecko-fötter är klibbiga på grund av van der Waals-krafter, elektrostatiska krafter och lipider som finns på deras hud. StephanHoerold / Getty Images

Verkliga Spider-Man

2014 testade Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) sin gecko-inspirerade Geckskin, ett material baserat på setet av gecko-fotunderlägg och som var avsett att ge militär personal Spider-Man-liknande förmågor. En 220-kilos forskare som bar ytterligare 45 kilo redskap skalade framgångsrikt en 26-fots glasvägg med två klättringsskovlar.

Forskare har hittat ett sätt att använda van der Waals-krafter för att hjälpa människor att hålla sig fast vid släta ytor, till exempel glas och väggar. OrangeDukeProductions / Getty Images

källor

Kellar, Autumn, et al. "Bevis för vidhäftning av Van der Waals i Gecko Setae." Fortsättningar från National Academy of Sciences, vol. 99, nr. 19, 2002, 12252-6. doi: 10,1073 / pnas.192252799.
Dzyaloshinskii, I. E., et al. "Allmän teori för 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, V. A. Van der Waals Forces: En handbok för biologer, kemister, ingenjörer och fysiker. Cambridge University Press, 2005.
Wolff, J. O., Gorb, S. N. "Påverkan av fuktighet på spindelns fästeförmåga Philodromus dispar (Araneae, Philodromidae). " Proceedings of the Royal Society B: Biologiska vetenskaper, vol. 279, nr. 1726, 2011. doi: 10.1098 / rspb.2011.0505.

Vetenskap