Силы Ван-дер-Ваальса (уравнения свойства)

Силы Ван-дер-Ваальса это те связи, которые играют роль притяжения как молекул, так и атомов. Эти взаимодействия включают слабые электростатические силы, находящиеся в близком диапазоне внутри молекул, не имеющих зарядов.

Более того, они являются самыми слабыми межмолекулярными силами, состоящими из диполь-дипольных и дисперсионных сил.

Как сегмент молекулярной физики, эти силы возникли благодаря имени голландского ученого Йоханнеса Дидерика Ван Дер Ваальса.

В 1873 году он впервые обнаружил связь Ван-дер-Ваальса, работая над теорией реальных газов.

Что такое силы Ван-Дер-Ваальса

Согласно определению сил Ван-дер-Ваальса, это сравнительно более слабые электростатические силы, которые притягивают незаряженные или нейтральные молекулы друг к другу почти во всех органических жидкостях, газах и твердых телах.

В твердых телах эти силы удерживают друг друга с более низкими температурами плавления и относительно мягче, чем те, которые удерживаются ионными или металлическими связями.

По сравнению с большинством ионных и ковалентных связей, эти взаимодействия не возникают из-за электронной связи.

Силы Ван-дер-Вааля включают в себя притяжение внутри различных атомов, возникающее в результате воздействия диполей.

Однако они также включают отталкивающее взаимодействие внутри молекул, возникающее в результате перекрытия более чем двух атомных электронных облаков, расположенных ближе друг к другу.

Кроме того, они известны как универсальное взаимодействие между различными частицами, разделенными средами воздуха или вакуума.

Некоторыми примерами Ван-дер-ваальсовых сил являются водородные связи, диполь-дипольные взаимодействия и дисперсионные силы.

С помощью сил Ван дер Ваальса растянутая жидкость становится «тягучей». Это основное ее свойство можно наблюдать в медицинском термометре, ртуть которого находится в растянутом состоянии и плохо поддается силам гравитации.

Уравнение Ван-дер-Ваальских связей

Уравнение Ван-дер-Ваальса-это состояние, которое показывает два свойства газов, таких как исключенный объем реальных газов и его силы притяжения. Это выражается как:

(P+n²a/V²) (V-nb)= nRT

Где a = величина притяжения внутри молекул/ атомов

И, b = исключенный объем.

Свойства Ван-дер-Ваальса сил

Приведенные ниже указатели показывают некоторые характеристики сил Ван-дер-Ваальса.

• Они содержат относительно более слабые электрические силы по сравнению с ионными, металлическими или ковалентными связями.
• Взаимодействия вызывают привыкание, когда присутствует большое количество молекул. Они все еще присутствуют, когда молекулы помещаются вдалеке.
• Сила Ван-дер-Вааля вездесуща и отвечает за притяжение атомов и молекул друг к другу.
• Они остаются неизменными из-за изменений температуры, за исключением ситуаций диполь-дипольных взаимодействий.
• Хотя они присутствуют в большинстве материалов, все же их эффекты подавляются первичными связями.
• Более того, они не могут насытиться.

Типы Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий

Первоначально существовало три типа сил Ван-дер-Ваальса. К ним относятся:

• Лондонские дисперсионные силы: Эти связи являются самыми слабыми притягивающими связями, возникающими в результате временных и индуцированных диполей, присутствующих в различных атомах и молекулах. Они образуются, когда электроны, присутствующие в двух соседних атомах, занимают временные позиции. Они также известны как дипольно-индуцированное дипольное притяжение.

Эти силы также ответственны за конденсацию неполярных веществ в жидкости. Они часто превращаются в твердые частицы, когда температура быстро падает. Согласно определению Ван-дер-Ваальса, эти силы зависят от поляризационной способности молекул или атомов.

Дисперсионные взаимодействия также присутствуют внутри двух молекул, даже полярных, когда они находятся очень близко друг к другу. Сила сил Ваальса зависит от количества электронов, присутствующих в молекуле. Более того, они возникают из-за движения электронов.

• Диполь-диполь: Эти взаимодействия приводят к возникновению сил притяжения внутри постоянных диполей двух полярных молекул. Диполи возникают из-за различий между электроотрицательными эффектами атомов, находящихся рядом друг с другом. Когда это происходит, частично отрицательная часть полярной молекулы взаимодействует с частично положительной частью другой молекулы.

Противоположно заряженные диполи имеют более сильные взаимодействия между собой. Молекулярный диполь возникает, когда происходит неравное распределение электронов внутри атомов.

Ван-дер-ваальсовский пример диполь-дипольных сил виден в хлористом водороде (HCl), когда положительный конец элемента притягивает отрицательный конец другого.

• Водородные связи: Это особый тип дипольно-индуцированного дипольного взаимодействия внутри атомов водорода. Они представляют собой сравнительно гораздо более прочные связи, чем диполь-дипольные взаимодействия и лондонские силы. Эти силы возникают из-за сил притяжения внутри атома водорода, разделяющего ковалентную связь с двумя высокоэлектронегативными атомами, такими как N, O, F и т. Д.

Прочность водородной связи колеблется от 4 кДж/моль до 50 кДж/моль. Атом водорода в молекуле притягивается к другим атомам N, F и O. Однако только атомы N, O и F в одной молекуле могут образовывать водородные связи.

Примером силы Вандерваля водородных связей является взаимодействие молекул воды.

Компоненты этих сил

Силы рассеяния Ван-дер-Ваальса представляют собой тесные взаимодействия в зависимости от расстояния, приводящие к межмолекулярному притяжению или отталкиванию.

Эти связи становятся сильнее, когда они лежат в диапазоне от 0,4 килоджоулей на моль (кДж/моль) до 4 кДж/моль. Более того, они активны на расстоянии менее 0,6 нанометра (нм).

Однако на расстоянии 0,4 нанометра эффект этих притяжений имеет тенденцию быть отталкивающим для электронных облаков. Прочитайте некоторые из приведенных ниже компонентов, которые приводят к образованию этих вторичных связей:

1. Они состоят из отрицательного компонента, который препятствует разрушению молекул. Это происходит из-за принципа исключения Паули.

1. В этом взаимодействии присутствует поляризация, которая также известна как сила Дебая в честь Питера Дж.У. Дебая. Это сила, ответственная за создание притяжения внутри постоянной полярности молекулы и индуцированной полярности другой.

1. Известная как сила Кеесома, названная по имени Уильяма Хендрика Кеесома, является еще одним участником силы Ваальса. Существует либо притягивающее, либо отталкивающее взаимодействие, существующее между диполями, постоянными зарядами, многополюсниками или квадруполями и т. Д.

1. Лондонская дисперсионная сила, названная в честь Фрица Лондона, является компонентом силы Ваальса. Это происходит как притяжение внутри различных молекул в результате немедленной поляризации. Однако некоторые неполярные также испытывают эту силу.

Факторы влияющие на прочность Ван-Дер-Ваала силы

Факторы, влияющие на силы Ван-Дер-Ваальса, заключаются в следующем:

• Количество Электронов, Присутствующих В Атоме: Количество присутствующих электронов отвечает за создание временных диполей. Сила сил Ваальса зависит от количества диполей. Следовательно, увеличение числа диполей увеличивает связи Ван-дер-Ваальса.
• Размер атомов: Сила притягивающих связей этих сил изменяется в зависимости от изменения размера атомов. Межмолекулярная сила увеличивается с увеличением размера атомов, таких как гелий, радий, криптон и т. Д. Относительно, температура кипения и плавления элемента изменяется из — за изменения этих сил.
• Природа элементов: Природа элемента или неметалла имеет отношение к силе сил Ваальса. Большинство неметаллов, присутствующих в жидком или газообразном состоянии, состоят из этих сил, в то время как некоторые металлы содержат сильные, когезионные силы.
• Форма атомов: Форма атома имеет прямое отношение к силе этих сил. Более тонкая молекула обладает потенциалом для образования более временных диполей по сравнению с короткими, толстыми.

Важность силы Ван-дер-Ваала

В молекулярной науке существует множество применений сил Ван-дер-Ваальса. Некоторые из них:

• Эти межмолекулярные силы позволяют ящерицам-гекконам эффективно передвигаться по поверхностям. Точно так же у нескольких других видов пауков тоже есть эти биологические закономерности.
• Эти силы отвечают за взаимодействие белков с другими атомами.
• Они также влияют на различные характеристики газов, адгезию и коллоидную стабильность.
• Эти силы играют фундаментальную роль в изучении супрамолекулярной химии, нанотехнологий, науки о поверхности и полимерах и т.д.

Характеристики Ван-дер-Ваальсовых сил

1. Как ковалентные, так и ионные связи намного сильнее ван-дер-ваальсовых сил
2. Эти силы можно сложить.
3. Эти силы не могут быть насыщены
4. Характеристики направления не могут быть присвоены этим силам
5. Они не зависят от температуры (за исключением диполь-дипольных взаимодействий).
6. Силы Ван-дер-Ваальса сильнее, если атом/молекула находятся в непосредственной близости, чем дальше они удаляются, тем слабее они становятся.

Часто задоваемы вопросы и ответы?

Какие силы вандервальса?

Силы Ван-дер-Ваальса – физические силы межмолекулярного взаимодействия. Они зависят от строения взаимодействующих частиц и включают ориентационное, индукционное и дисперсионное взаимодействия. Любая частица имеет ядро и электронное облако (если это молекула, то совокупность ядер и электронных облаков).

Что такое ван дер ваальсовые взаимодействия?

Взаимодействие, ван-дер-ваальсово иначе ван-дер-ваальсовы силы (англ. van der Waals interaction или van der Waals force) — слабое, нековалентное межмолекулярное взаимодействие, возникающее за счет взаимодействия дипольных (мультипольных) моментов молекул и поляризации их электронных оболочек.

Что такое константы Ван дер Ваальса?

Ван-дер-Ваальса уравнение Ван-дер-Ваальса уравнение, одно из первых уравнений состояния реального газа, предложенное голландским физиком.

Константа b является поправкой на собственный объём молекул газа и учитывает отталкивание молекул на близких расстояниях.

Какие силы возникают при межмолекулярном взаимодействии?

Силы, возникающие при межмолекулярном взаимодействии, подразделяются на две категории: силы притяжения; силы отталкивания. Существует три их разновидности:

• дипольные (ориентационные) силы;
• индукционные (деформационные) силы;
• дисперсионные силы.