Innehåll
- TL; DR (för lång; läste inte)
- Typer av Van der Waals-styrkor
- Hur Van der Waals styrkor påverkar material
Van der Waals-krafter bildar elektrostatiska bindningar mellan molekyler. Intermolekylära bindningar inklusive Van der Waals-bindningar håller molekylerna ihop i vätskor och fasta ämnen och är ansvariga för fenomen som ytspänningen i vätskor och kristaller i fasta ämnen. De intermolekylära krafterna är mycket svagare än de inre krafterna som håller samman atomer i molekyler, men de är fortfarande tillräckligt starka för att påverka beteende och egenskaper hos många material.
TL; DR (för lång; läste inte)
Elektrostatiska Van de Waals-krafter verkar mellan molekyler för att bilda svaga bindningar. De typer av Van der Waals-krafter, som är starkast till svagast, är dipol-dipolkrafter, dipolinducerade dipolkrafter och Londons spridningskrafter. Vätebindningen är baserad på en typ av dipol-dipolkraft som är särskilt kraftfull. Dessa krafter hjälper till att bestämma de fysiska egenskaperna hos material.
Typer av Van der Waals-styrkor
Tre typer av Van der Waals-styrkor, starkast till svagast, är dipol-dipolkrafter, dipolinducerade dipolkrafter och Londons spridningskrafter. Dipoler är polära molekyler med negativt och positivt laddade poler i motsatta ändar av molekylen. Den negativa polen i en molekyl lockar till sig den positiva polen i en annan molekyl och bildar en elektrostatisk dipol-dipolbindning.
När en laddad dipolmolekyl kommer nära en neutral molekyl, inducerar den en motsatt laddning i den neutrala molekylen, och de motsatta laddningarna lockar att bilda en dipolinducerad dipolbindning. När två neutrala molekyler blir tillfälliga dipoler eftersom deras elektroner råkar samlas på ena sidan av molekylen, lockas de neutrala molekylerna med elektrostatiska krafter som kallas London-spridningskrafter, och de kan bilda en motsvarande bindning.
Londons spridningskrafter är svaga i små molekyler, men de ökar i styrka i större molekyler där många av elektronerna är relativt långt borta från den positivt laddade kärnan och är fria att röra sig runt. Som ett resultat kan de samlas på ett asymmetriskt sätt runt molekylen och skapa den tillfälliga dipoleffekten. För stora molekyler blir Londons spridningskrafter en viktig faktor i deras beteende.
När en dipolmolekyl innehåller en väteatom kan den bilda en särskilt stark dipol-dipolbindning, eftersom väteatomen är liten och den positiva laddningen koncentreras. Den ökade styrkan hos bindningen gör detta till ett speciellt fall som kallas vätebindningen.
Hur Van der Waals styrkor påverkar material
I gaser vid rumstemperatur är molekyler för långt ifrån varandra och har för mycket energi för att påverkas av intermolekylära Van der Waals-krafter. Dessa krafter blir viktiga för vätskor och fasta ämnen eftersom molekylerna har mindre energi och är närmare varandra. Van der Waals-krafterna är bland de intermolekylära krafterna som håller vätskor och fasta ämnen ihop och ger dem sina karakteristiska egenskaper.
I vätskor är intermolekylära krafter fortfarande för svaga för att hålla molekylerna på plats. Molekylerna har tillräckligt med energi för att upprepade gånger skapa och bryta de intermolekylära bindningarna, glida förbi varandra och ta formen av sin behållare. I vatten består till exempel bipolmolekylerna av en negativt laddad syreatom och två positivt laddade väteatomer. Vattendipolerna bildar starka vätebindningar som håller vattenmolekylerna samman. Som ett resultat har vatten en hög ytspänning, ett högt förångningsvärme och en relativt hög kokpunkt för molekylens vikt.
I fasta ämnen har atomerna för lite energi för att bryta bindningarna mellan de intermolekylära krafterna, och de hålls samman med liten rörelse. Förutom Van der Waals-krafter kan beteendet hos molekylerna i fasta ämnen påverkas av andra intermolekylära krafter, såsom de som bildar joniska eller metalliska bindningar. Krafterna håller molekylerna av fasta ämnen i kristallgitter såsom diamanter, i metaller som koppar, i homogena fasta ämnen såsom glas eller i flexibla fasta ämnen som plast. Medan de starka kemiska bindningarna som håller atomer samman i molekyler bestämmer de kemiska egenskaperna hos material, påverkar de intermolekylära krafterna inklusive Van der Waals-krafterna de fysikaliska egenskaperna.