Zawartość
- TL; DR (Too Long; Didnt Read)
- Rodzaje sił Van der Waalsa
- Jak siły Van der Waalsa wpływają na materiały
Siły Van der Waalsa tworzą wiązania elektrostatyczne między cząsteczkami. Wiązania międzycząsteczkowe, w tym wiązania Van der Waalsa, utrzymują cząsteczki razem w cieczach i ciałach stałych i są odpowiedzialne za zjawiska, takie jak napięcie powierzchniowe w cieczach i kryształy w ciałach stałych. Siły międzycząsteczkowe są znacznie słabsze niż siły wewnętrzne, które utrzymują atomy razem w cząsteczkach, ale nadal są wystarczająco silne, aby wpływać na zachowanie i właściwości wielu materiałów.
TL; DR (Too Long; Didnt Read)
Siły elektrostatyczne Van de Waalsa działają między cząsteczkami, tworząc słabe wiązania. Rodzaje sił Van der Waalsa, od najsilniejszych do najsłabszych, to siły dipola-dipola, siły dipola indukowane dipolem i siły dyspersji Londynu. Wiązanie wodorowe opiera się na rodzaju siły dipol-dipol, która jest szczególnie silna. Siły te pomagają określić właściwości fizyczne materiałów.
Rodzaje sił Van der Waalsa
Trzy rodzaje sił Van der Waalsa, od najsilniejszych do najsłabszych, to siły dipola-dipola, siły dipola indukowane dipolem i siły dyspersji Londynu. Dipole to cząsteczki polarne z biegunami naładowanymi ujemnie i dodatnio na przeciwległych końcach cząsteczki. Biegun ujemny jednej cząsteczki przyciąga biegun dodatni innej cząsteczki, tworząc elektrostatyczne wiązanie dipol-dipol.
Gdy naładowana cząsteczka dipolowa zbliża się do cząsteczki obojętnej, indukuje przeciwny ładunek w cząsteczce obojętnej, a przeciwne ładunki przyciągają się, tworząc wiązanie dipolowe indukowane dipolem. Kiedy dwie neutralne cząsteczki stają się tymczasowymi dipolami, ponieważ ich elektrony gromadzą się po jednej stronie cząsteczki, neutralne cząsteczki są przyciągane siłami elektrostatycznymi zwanymi siłami dyspersyjnymi Londynu i mogą tworzyć odpowiednie wiązanie.
Siły dyspersji Londynu są słabe w małych cząsteczkach, ale zwiększają siłę w większych cząsteczkach, w których wiele elektronów jest stosunkowo daleko od dodatnio naładowanego jądra i może się swobodnie poruszać. W rezultacie mogą gromadzić się w niesymetryczny sposób wokół cząsteczki, tworząc tymczasowy efekt dipola. W przypadku dużych cząsteczek siły dyspersji Londynu stają się znaczącym czynnikiem w ich zachowaniu.
Gdy cząsteczka dipolowa zawiera atom wodoru, może tworzyć szczególnie silne wiązanie dipolowo-dipolowe, ponieważ atom wodoru jest mały, a ładunek dodatni jest skoncentrowany. Zwiększona wytrzymałość wiązania sprawia, że jest to szczególny przypadek zwany wiązaniem wodorowym.
Jak siły Van der Waalsa wpływają na materiały
W gazach w temperaturze pokojowej cząsteczki są zbyt daleko od siebie i mają zbyt dużo energii, aby mogły na nie oddziaływać siły międzycząsteczkowe Van der Waalsa. Siły te stają się ważne dla cieczy i ciał stałych, ponieważ cząsteczki mają mniej energii i są bliżej siebie. Siły Van der Waalsa należą do sił międzycząsteczkowych, które utrzymują ciecze i ciała stałe razem i nadają im ich charakterystyczne właściwości.
W cieczach siły międzycząsteczkowe są nadal zbyt słabe, aby utrzymać cząsteczki na miejscu. Cząsteczki mają wystarczającą energię, aby wielokrotnie tworzyć i przerywać wiązania międzycząsteczkowe, przesuwając się obok siebie i przyjmując formę pojemnika. Na przykład w wodzie cząsteczki bipolu składają się z ujemnie naładowanego atomu tlenu i dwóch dodatnio naładowanych atomów wodoru. Dipole wodne tworzą silne wiązania wodorowe utrzymujące razem cząsteczki wody. W rezultacie woda ma wysokie napięcie powierzchniowe, wysokie ciepło parowania i stosunkowo wysoką temperaturę wrzenia dla ciężaru cząsteczki.
W ciałach stałych atomy mają za mało energii, aby zerwać wiązania sił międzycząsteczkowych i są utrzymywane razem przy niewielkim ruchu. Oprócz sił Van der Waalsa na zachowanie cząsteczek ciał stałych mogą mieć wpływ inne siły międzycząsteczkowe, takie jak te tworzące wiązania jonowe lub metaliczne. Siły utrzymują cząsteczki ciał stałych w sieciach krystalicznych, takich jak diamenty, w metalach, takich jak miedź, w jednorodnych ciałach stałych, takich jak szkło lub w elastycznych ciałach stałych, takich jak tworzywa sztuczne. Podczas gdy silne wiązania chemiczne, które utrzymują atomy razem w cząsteczkach, determinują właściwości chemiczne materiałów, siły międzycząsteczkowe, w tym siły Van der Waalsa, wpływają na właściwości fizyczne.