Δυνάμεις φαν ντερ Βάαλς

Οι δυνάμεις φαν ντερ Βάαλς (ή δεσμοί φαν ντερ Βάαλς) είναι ασθενείς δυνάμεις που αναπτύσσονται μεταξύ ατόμων ή μορίων. Πρόκειται για διαμοριακές ηλεκτροστατικές δυνάμεις, οι οποίες πήραν το όνομά τους από τον Ολλανδό φυσικό Γιοχάννες φαν Ντερ Βάαλς, ο οποίος τις περιέγραψε πρώτος το 1873.

Οι δυνάμεις van der Waals περιλαμβάνουν ελκτικές και απωστικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ ατόμων και μορίων, καθώς και άλλες διαμοριακές δυνάμεις. Διαφέρουν από τους ομοιοπολικούς και ιοντικούς δεσμούς στο ότι προκαλούνται από στιγμιαίες μετατοπίσεις των ηλεκτρονίων και των πυρήνων σε αντίθετα άκρα των ατόμων ή των μορίων, που έχουν ως αποτέλεσμα το σχηματισμό διπόλων.

Ερμηνεία
Οι δυνάμεις φαν ντερ Βάαλς προκύπτουν από μια παροδική μετατόπιση της ηλεκτρονιακής πυκνότητας. Συγκεκριμένα, η ηλεκτρονιακή πυκνότητα μπορεί προσωρινά να αυξηθεί περισσότερο στη μία πλευρά του πυρήνα. Η μετατόπιση αυτή δημιουργεί ένα παροδικό φορτίο, το οποίο μπορεί να προκαλέσει έλξη ή άπωση σε ένα γειτονικό άτομο. Η δύναμη είναι απωστική σε πολύ μικρές αποστάσεις, μηδενίζεται σε μια απόσταση ισορροπίας χαρακτηριστική για κάθε άτομο ή μόριο και γίνεται ελκτική για αποστάσεις μεγαλύτερες από την απόσταση ισορροπίας. Για μεμονωμένα άτομα, η απόσταση ισορροπίας κυμαίνεται μεταξύ 0,3 nm και 0,5 nm, ανάλογα με τη χαρακτηριστική ατομική διάμετρο.

Σε αντίθεση με τους ιοντικούς ή ομοιοπολικούς δεσμούς, οι ελκτικές αυτές δυνάμεις δεν προκύπτουν από χημικό ηλεκτρονιακό δεσμό· είναι συγκριτικά ασθενείς και, επομένως, πιο ευάλωτες σε διαταραχές. Η δύναμη van der Waals εξασθενεί γρήγορα και ουσιαστικά μηδενίζεται σε μεγάλες αποστάσεις μεταξύ των αλληλεπιδρώντων μορίων.

Όταν δεν δρα καμία άλλη δύναμη, η απόσταση μεταξύ δύο ατόμων στην οποία η αλληλεπίδραση μετατρέπεται από ελκτική σε απωστική καθώς τα άτομα πλησιάζουν το ένα το άλλο ονομάζεται απόσταση επαφής van der Waals. Το φαινόμενο αυτό οφείλεται στην αμοιβαία άπωση των ηλεκτρονιακών νεφών των ατόμων.

Οι δυνάμεις van der Waals συνήθως περιγράφονται ως συνδυασμός διαφορετικών τύπων διαμοριακών δυνάμεων. Πιο συγκεκριμένα, των δυνάμεων διασποράς London, που προκύπτουν από «στιγμιαία επαγόμενα δίπολα», των δυνάμεων Debye, μεταξύ μόνιμων και επαγόμενων διπόλων, και των δυνάμεων Keesom, μεταξύ μόνιμων μοριακών διπόλων των οποίων οι περιστροφικοί προσανατολισμοί εξομαλύνονται δυναμικά με την πάροδο του χρόνου.

Σημασία
Οι δυνάμεις φαν ντερ Βάαλς διαδραματίζουν θεμελιώδη ρόλο σε τομείς όπως η υπερμοριακή χημεία, η δομική βιολογία, η επιστήμη των πολυμερών, η νανοτεχνολογία και η φυσική της συμπυκνωμένης ύλης. Επιπλέον, αποτελεί τη βάση πολλών ιδιοτήτων των οργανικών ενώσεων και των μοριακών στερεών, συμπεριλαμβανομένης της διαλυτότητάς τους σε πολικά και μη πολικά μέσα.

Παραπομπές

Κατηγορία:Χημικός δεσμός