A fizika és a kémia , a van der Waals erő , van der Waals kölcsönhatást , vagy van der Waals kötés egy atomközi potenciális miatt egy gyenge elektromos kölcsönhatást a két atom vagy molekula , között vagy egy molekulát és egy kristály . Ez az interakció összes lehetséges konfigurációjának statisztikai átlagát jelenti , súlyozva a valószínűségükkel a termodinamikai egyensúlynál . Ez az átlag vonzó erőhöz vezet. Ezeket az erőket Johannes Diderik van der Waals (1837 - 1923) holland fizikus , 1910 -es fizikai Nobel-díjas tiszteletére nevezték el , aki 1873-ban elsőként vezette be hatásait a gázok állapotegyenleteibe (lásd : van der Waals ).
A Van der Waals-erők a dipólusok közötti kölcsönhatásnak köszönhetők, függetlenül attól, hogy molekulák állandó dipólusai vagy az interakció által kiváltott dipólusok-e. A nagy távolság molekulák között lehetővé teszi a kiszámítását zavarok formájában egy többpólusú fejlődésének , amely csak az első kifejezések megmaradnak, amelyeket azután statisztikailag átlagoljuk. Azt kapjuk :
A van der Waals-erők potenciális energiája tehát a következőképpen formulázható:
A kifejezés három kifejezése a következőképpen bontható fel:
Ez az energia kapcsolatban áll Keesom erőivel , két poláris molekula kölcsönhatása miatt.
A dipól-dipól kölcsönhatás sokkal gyengébb, mint az ion-dipól kölcsönhatás, mivel a kölcsönhatás részleges töltések között történik . Az ilyen típusú interakciók tipikus potenciális energiája 2 kJ / mol nagyságrendű. Ez fordítottan változik az egyes molekulák dipólusainak középpontja közötti hatalom távolságával.
Ez az energia összefügg a Debye-erőkkel , a poláris molekula és az indukált dipólus kölcsönhatása miatt .
Ez az energia két indukált dipólus kölcsönhatása miatt kapcsolódik a londoni erőkhöz .
Itt a következő jelöléseket használtuk:
Ezeket az erőket különböző módon lehet kifejezni, amikor az érintett molekulák közötti távolság néhány nanométernél nagyobb lesz . Ezután figyelembe kell venni a késés hatásait a fény véges sebességgel történő terjedése miatt ( Kázmér -Polder erők ).
Az ion-dipól kölcsönhatás és az ionok hidratálása oldatokban
Az ion-dipól kölcsönhatás a dipól pozitív részleges töltésével orientált anion vonzásából vagy a dipól negatív részleges töltésével orientált kation vonzásából származik. A potenciális energia negatív, és a távolság négyzetének inverzére növekszik, amelyet a következő képlet jelez:
vagy:
Az ilyen típusú interakciók tipikus potenciális energiája körülbelül 15 kJ / mol. Ez a vonzerő nagy távolságra (a dipólus és az ion között) nullává válik. Ez a kölcsönhatás felelős az oldatban lévő ionok hidratálásáért.
Van der Waals erőket úgy kapjuk meg, hogy levezetjük a van der Waals energia kifejeződését . Ebből következik, hogy különböznek egymástól .
Nagyon nagy távolságokon, ahol már nem lehet kérdés a kémiai kötésről, a van der Waals-erők bekerülnek a kvantumelektrodinamika keretrendszerébe : rövid és nagy távolságon megfelelően leírják őket, mivel a részecskék cseréje miatt virtuálisak az atomok között . . Ezután belépünk Kázmér erőinek kereteibe , csökkentve .
A Van der Waals-kötések nem tartoznak a kémiai kötések körébe, abban az értelemben, hogy az elektronok kötődve maradnak a megfelelő atomjaikhoz (vagy molekuláikhoz) (a csere feltételei elhanyagolhatóak maradnak). Az ideális gázok egyenletében a korrekcióba beleavatkozó negatív nyomás kezdete. Elengedhetetlenek a nemesgázatomok közötti erők megértéséhez.
Nagyon rövid távolságokon keresztül belépünk a kémia területére, ahol a különféle kapcsolatok ( hidrogénkötés , fémkötés ...) versenyképessé válnak és nyerhetnek.
A van der Waals-erők tehát részt vesznek a fizikai felszívódásban , és a kapillaritás jelenségében játszanak szerepet .
Ezek az erők a szilárd anyagok közötti érintkezési erők kiindulópontjai, és megmagyarázhatják a gekkók képességét a felületekhez tapadni. A kutatók több eszközzel megpróbálják ezt a minőséget ragasztó termék formájában alkalmazni. A kutatók által kitűzött cél egy olyan termék létrehozása, amely kétszázszor jobban tapad, mint a természetes anyag (gekkó). A DARPA (DARPA) jelenleg olyan módszert fejleszt, amely lehetővé tenné a katonák számára, hogy a Z-Man projektben 0,5 m / s sebességgel falra mászhassanak. A laboratóriumi kísérletek új nanoadhéziós technológiákat tesztelnek, felhasználva a van der Waals-erők tulajdonságait. Olyan kutatók, mint Dr. Ali Dhinojwala, Betul Yurdumakan, Nachiket Raravikar és Pulickel Ajayan az Akron Egyetemen, valamint az egyesült államokbeli New York-i Rensselaer Politechnikai Intézet olyan nanocsövek oszlopain alapuló anyagot fejlesztettek ki, amely egy kicsit reagálna, mint egy gekkó lába bár ezeknél négyszer ragadósabb. Ennek a nanotechnológiának az az előnye, hogy az anyag szilárdan tapad, de azután eltávolítható anélkül, hogy elveszítené a tapadását, ezért újrafelhasználható. A Massachusettsi Egyetemen a DARPA által finanszírozott fejlesztések eredményezték a létrehozását2012. február "Geckskin" nevű anyagból (lit. gekkóbőr), amely több száz kilogrammot képes megtartani körülbelül 100 cm²-es termékkel.