Содержание
Ван-дер-ваальсовы силы образуют электростатические связи между молекулами. Межмолекулярные связи, включая ван-дер-ваальсовые связи, удерживают молекулы вместе в жидкостях и твердых телах и ответственны за такие явления, как поверхностное натяжение в жидкостях и кристаллы в твердых телах. Межмолекулярные силы намного слабее внутренних сил, которые удерживают атомы вместе в молекулах, но они все еще достаточно сильны, чтобы влиять на поведение и свойства многих материалов.
TL; DR (слишком долго; не читал)
Электростатические силы Ван-де-Ваальса действуют между молекулами, образуя слабые связи. Типы ван-дер-ваальсовых сил, наиболее сильные и слабые, это диполь-дипольные силы, диполь-индуцированные дипольные силы и лондонские дисперсионные силы. Водородная связь основана на типе диполь-дипольной силы, которая является особенно мощной. Эти силы помогают определить физические характеристики материалов.
Типы Ван-дер-Ваальса
Три типа ван-дер-ваальсовых сил, самые сильные и самые слабые, это диполь-дипольные силы, диполь-индуцированные дипольные силы и лондонские дисперсионные силы. Диполи - это полярные молекулы с отрицательно и положительно заряженными полюсами на противоположных концах молекулы. Отрицательный полюс одной молекулы притягивает положительный полюс другой молекулы, образуя электростатическую диполь-дипольную связь.
Когда заряженная дипольная молекула приближается к нейтральной молекуле, она индуцирует противоположный заряд в нейтральной молекуле, и противоположные заряды притягиваются, образуя дипольную индуцированную дипольную связь. Когда две нейтральные молекулы становятся временными диполями, потому что их электроны накапливаются на одной стороне молекулы, нейтральные молекулы притягиваются электростатическими силами, называемыми лондонскими дисперсионными силами, и они могут образовывать соответствующую связь.
Лондонские дисперсионные силы слабы в малых молекулах, но они увеличиваются в силе в более крупных молекулах, где многие электроны находятся сравнительно далеко от положительно заряженного ядра и могут свободно перемещаться. В результате они могут собираться асимметричным образом вокруг молекулы, создавая временный дипольный эффект. Для больших молекул дисперсионные силы Лондона становятся существенным фактором в их поведении.
Когда дипольная молекула содержит атом водорода, она может образовывать особенно прочную диполь-дипольную связь, потому что атом водорода мал и положительный заряд концентрируется. Повышенная прочность связи делает это особым случаем, называемым водородной связью.
Как силы Ван-дер-Ваальса влияют на материалы
В газах при комнатной температуре молекулы находятся слишком далеко друг от друга и имеют слишком много энергии, чтобы на них могли воздействовать межмолекулярные силы Ван-дер-Ваальса. Эти силы становятся важными для жидкостей и твердых тел, потому что молекулы имеют меньше энергии и находятся ближе друг к другу. Силы Ван-дер-Ваальса входят в число межмолекулярных сил, удерживающих вместе жидкости и твердые вещества и придающих им характерные свойства.
В жидкостях межмолекулярные силы все еще слишком слабы, чтобы удерживать молекулы на месте. Молекулы имеют достаточно энергии, чтобы многократно создавать и разрушать межмолекулярные связи, скользя мимо друг друга и принимая форму своего контейнера. Например, в воде молекулы биполя состоят из отрицательно заряженного атома кислорода и двух положительно заряженных атомов водорода. Диполи воды образуют прочные водородные связи, удерживающие молекулы воды вместе. В результате вода имеет высокое поверхностное натяжение, высокую температуру испарения и сравнительно высокую температуру кипения для массы молекулы.
В твердых телах атомы имеют слишком мало энергии, чтобы разорвать связи межмолекулярных сил, и они удерживаются вместе с небольшим движением. В дополнение к силам Ван-дер-Ваальса на поведение молекул твердого тела могут влиять другие межмолекулярные силы, такие как те, которые образуют ионные или металлические связи. Силы удерживают молекулы твердых веществ в кристаллических решетках, таких как алмазы, в металлах, таких как медь, в однородных твердых веществах, таких как стекло, или в гибких твердых веществах, таких как пластмассы. В то время как сильные химические связи, которые удерживают атомы вместе в молекулах, определяют химические характеристики материалов, межмолекулярные силы, включая силы Ван-дер-Ваальса, влияют на физические характеристики.