Van der Waals kuvveti

küçükresim|Mikrofiber kumaş kiri çizmeden çıkarmak için van der Waals kuvvetini kullanır.

Moleküler fizik ve kimyada Van der Waals kuvveti veya Van der Waals etkileşimi, atomlar veya moleküller arasındaki mesafeye bağlı bir etkileşimdir. İyonik veya kovalent bağların aksine, bu çekimler kimyasal elektronik bir bağdan kaynaklanmaz; nispeten zayıftırlar ve bu nedenle bozulmaya daha duyarlıdırlar. Van der Waals kuvveti, etkileşen moleküller arasındaki uzak mesafelerde hızla yok olur.

Adını Hollandalı fizikçi Johannes Diderik van der Waals’den alan van der Waals kuvveti, supramoleküler kimya, yapısal biyoloji, polimer bilimi, nanoteknoloji, yüzey bilimi ve yoğun madde fiziği gibi çok çeşitli alanlarda temel rol oynar. Ayrıca organik bileşiklerin ve moleküler katıların kutupsal ve kutupsal olmayan ortamlardaki çözünürlükleri de dahil olmak üzere birçok özelliğinin temelini oluşturur.

Başka bir kuvvet yoksa, atomlar birbirine yaklaştıkça kuvvetin çekici olmaktan ziyade itici hale geldiği atomlar arasındaki mesafeye Van der Waals temas mesafesi denir; bu olay atomların elektron bulutları arasındaki karşılıklı itmeden kaynaklanır.

Van der Waals kuvvetleri genellikle "anlık olarak indüklenen dipoller" arasındaki London dağılım kuvvetlerinin, kalıcı dipoller ile indüklenen dipoller arasındaki Debye kuvvetlerinin ve zaman içinde dönme yönelimlerinin dinamik olarak ortalaması alınan kalıcı moleküler dipoller arasındaki Keesom kuvvetinin bileşimi olarak tanımlanır.

Van der Waals kuvveti, fiziksel kimyada kovalent bağlar, hidrojen bağları ve iyonların birbiriyle, nötr veya elektrik yüklü moleküllerle elektrostatik etkileşimi hariç olmak üzere, moleküller arasındaki çekme veya itme kuvvetlerinin toplamıdır.

Kutupsal hidroksil grubunun hidrojen bağlama özellikleri, az molekül ağırlıklı alkollerde zayıf Van der Waals etkileşimlerine hakim olurlar. Daha çok molekül ağırlıklı alkollerde, kutupsal olmayan hidrokarbon zincir (ler)inin özellikleri hakim olur ve çözünürlüğü tanımlar. Van der Waals kuvvetleri, etkileşen moleküller arasında daha uzun mesafelerde hızla kaybolurlar.

Van der Walls bağları moleküller arasında olup fiziksel bir etkileşimdir. Bu nedenle moleküller arası olduğu için zayıf etkileşim olarak adlandırılır. Dipol - dipol, iyon - dipol ve indüklenmiş dipol (geçici) olmak üzere üçe ayrılır. Aynı zamanda indüklenmiş dipol (geçici) de kendi arasında; iyon - indüklenmiş dipol, dipol - indüklenmiş dipol ve indüklenmiş dipol - indüklenmiş dipol (London) olmak üzere üçe ayrılır.

2012 yılında, atomik kuvvet mikroskobu ile metal yüzeye bağlı tek bir organik molekülde, Van der Waals kuvvetlerinin doğrudan ilk ölçümleri yapıldı ve yoğunluk fonksiyonel hesaplamaları ile doğrulandı.Sriharsha V. Aradhya, Michael Frei, Mark S. Hybertsen, L. Venkataraman. Van der Waals interactions at metal/organic interfaces at the single-molecule level . Columbia Üniversitesi. 12 Ağustos 2012. En son 30 Nisan 2013 tarihinde erişildi. 

Tanım
Van der Waals kuvvetleri atomlar, moleküller ve ayrıca diğer moleküller arası kuvvetler arasındaki çekme ve itme kuvvetlerini içerir. Yakın parçacıkların dalgalanan kutuplanabilirlik ortak ilişkilerinden kaynaklanmaları nedeniyle kovalent ve iyonik bağlardan farklıdırlar (kuantum dinamiğinin bir sonucudur).

Gekolar ve eklembacaklılar tarafından kullanım
küçükresim|Duvara tırmanan Geko kertenkelesi.

Van der Waals etkileşimi oldukça zayıftır, sadece atomlar ya da moleküller birbirine çok yakın olduğunda gerçekleşir. Fakat bu şekilde çokça etkileşimin bir anda oluşması oldukça güçlü bir bağ oluşturabilir.

Gecko kertenkelesi Van der Waals bağları yardımıyla dik yüzeyleri tırmanabilmektedir. Gecko kertenkelesinin ayaklarındaki çok sayıdaki minuskul boyuttaki saçımsı çıkıntılar ve güçlü tendonlar sayesinde yüzeyle ayaklar arasında maksimum temas ve sertlik sağlanır. Ayaktaki moleküller ve duvar yüzeyi arasında oluşan çok sayıdaki Van der Waals etkileşimi birlikte oldukça güçlü bağ oluşturur ve Gecko'nun vücut ağırlığını dengeler. Bu örnekten etkilenilerek Geckskin isimli yapıştırıcı ABD'de bulunan Massachussetts Üniversitesi tarafından icat edilmiştir.

küçükresim|Cam yüzeye tırmanan Geko

Tek ayak parmağını kullanarak cam bir yüzeye asılabilen kertenkelelerin dik yüzeylere tırmanma yeteneği, uzun yıllar boyunca esas olarak bu yüzeyler ve spatula veya ayak tabanlarındaki saç benzeri kılları kaplayan mikroskobik çıkıntılar arasındaki Van der Waals kuvvetlerine atfedilmiştir.

2008'de bu etkiden yararlanan kuru bir tutkal yaratma çabaları vardı ve 2011'de benzer dayanaklarla (yani van der Waals kuvvetlerine dayalı) yapışkan bant oluşturma konusunda başarı kazanıldı. 2011 yılında, hem cırt cırtlı tüylerin etkisi hem de geko ayak izlerindeki lipitlerin varlığıyla ilgili bir makale yayınlandı.

Daha sonraki bir çalışma, kılcal damar yapışmasının bir rol oynayabileceğini öne sürdü, ancak bu hipotez daha yeni çalışmalar tarafından reddedildi.

2014 yılında yapılan bir çalışma, geko'nun pürüzsüz Teflon ve polidimetilsiloksan yüzeylere yapışmasının van der Waals veya kılcal kuvvetler tarafından değil, esas olarak elektrostatik etkileşim (temas elektriklenmesinin neden olduğu) tarafından belirlendiğini göstermiştir.

Eklem bacaklılar arasında, bazı örümceklerin skopulalarında veya skapula pedlerinde benzer kıllar bulunur, bu da onların cam veya porselen gibi son derece pürüzsüz yüzeylere tırmanmasına veya baş aşağı asılmasına olanak tanır.

 Kaynakça 

Kategori:Kimyasal bağlar
Kategori:Malzeme bilimi
Kategori:Molekül fiziği
Kategori:Supramoleküler kimya